Диссертация (Физико-технологические основы и пути совершенствования технологии получения кристаллов сапфира для электронной техники), страница 2

2816.4.1 Методика создания двойного спая сапфир-стекловидный диэлектрик..................................................................................................................................... 2816.4.2 Методика создания тройного спая сапфир-стекловидный диэлектриккерамика ..................................................................................................................... 2876.5Выводы по главе 6 ..................................................................................

296ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 299СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................... 309ПРИЛОЖЕНИЕМАТЕМАТИЧЕСКОГОAИПРОГРАММНАЯИНФОРМАЦИОННОГОРЕАЛИЗАЦИЯОБЕСПЕЧЕНИЯПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ САПФИРА ......................... 343А.1Разработкакритериевоптимизациитехнологическогопроцессаполучения изделий из монокристаллов сапфира для информационной иэкспертной поддержки процесса ............................................................................. 343А.2 Проектирование информационной и экспертной системы полученияизделий из сапфира ...................................................................................................

347А.3 Пользовательский интерфейс разработанного математического иинформационного обеспечения получения изделий из сапфира и кремния....... 371А.4 Электронный интегрированный портал процесса получения изделий изсапфира ....................................................................................................................... 387А.5 Рекомендации по работе с математическим и информационнымобеспечением получения изделий из сапфира .......................................................

389ПРИЛОЖЕНИЕ B Фрагменты кодов программ .............................................. 3915ПРИЛОЖЕНИЕСАктыиспользованияивнедрениярезультатовдиссертационной работы.............................................................................................. 4086ВВЕДЕНИЕАктуальность диссертационной работыОдним из важных направлений исследований современной микроэлектроники является создание технологий получения изделий с контролируемой структурой, физико-химическими свойствами и формой. Производство пластин большогодиаметра из синтетического сапфира требует постоянного совершенствования технологии и внедрения новейших научных разработок.Выращивание кристаллов сапфира для электроники с повышенным структурным совершенством стало первоочередной задачей современной науки и техники.

В течение последних десятилетий для выращивания монокристаллов большого размера, использующихся в микроэлектронике, применялся метод горизонтально-направленной кристаллизации (ГНК), метод Чохральского, Киропулоса иметод Степанова. Метод ГНК является одним из перспективных методов ростакристаллов сапфира, поскольку он сравнительно прост и производителен, а такжеобеспечивает получение однородной, ориентирующейся вдоль направления теплоотвода микроструктуры сапфира, обеспечивающей высокий уровень свойств данного материала.

Дальнейшее усовершенствование технологии выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира требует увеличения производительности, снижения ее энергоемкости, повышения качества кристаллов, разработки методовуправления и контроля процессами кристаллизации в режиме реального времени.Для решения данных проблем необходимо исследование тепломассопереноса, поиск методов контроля и управления, а также исследование закономерностей формирования дефектов в процессе роста кристаллов.В настоящее время информационно-коммуникационные технологии и научно-технические знания представляют собой важный ресурс для развития общества.Научно-техническое развитие компьютерной техники последних поколений, совершенствование программ привели к возможности создания систем в самых различных предметных областях, в том числе и в области получения и обработки из7делий из сапфира.

Для обеспечения науки и технических приложений подобнымисистемами необходимо развивать множество приемов, методов, подходов, которыепостепенно накапливаются, модифицируются, обобщаются и образуют интеллектуальные технологии формализации трудноописываемых математически проблемных областей и принятия решений в условиях многомерности и неопределенности.Современные информационные технологии позволяют создавать мощныеинструменты представления и передачи информации, моделирования процессов,контроля, мониторинга производственных процессов, диспетчеризации, учета оборудования и материалов.На современном этапе развития общества актуальными вопросами являютсясоздание систем автоматизации для усовершенствования и оптимизации процессаполучения изделий из монокристаллического сапфира, поскольку высокий интереск таким материалам, который связан с их широким применением в новейших разделах науки и техники, требует фундаментального решения организационных задач их получения и обработки.

Получение изделий высокого качества и надежности может быть реализовано при наличии эффективных управляющих систем.Трудность применения информационно-коммуникационных технологий в процессе кристаллизации заключается в неполноте и сложности математического описания процессов кристаллизации и недостатке информационного обеспечения дляоптимизации технологии.Трудность использования управляющих систем заключается еще и в том, чтона предприятиях долгое время существовала практика накопления эмпирическихданных и производственного опыта. Для эффективного применения информационных технологий в производстве кристаллов необходимо появление новых метолдик и совершенствование уже существующих подходов.Трудность контроля и управления процессом кристаллизации заключаетсятакже в огромном числе дефектов, которые оказывают влияние на качество получаемых кристаллов, в многофакторной зависимости параметров кристалла от различных (контролируемых и неконтролируемых) влияний на процесс роста, труд8ности анализа текущего положения процесса в следствие отсутствия датчиков ивозможного запаздывания сигналов отклика кристалла на влияние внешних факторов.Процессы тепломассопереноса, дефектообразования в кристаллах слишкомсложны для их изучения с помощью экспериментальных исследований, в связи счем численные методы контрольных объемов и элементов являются инструментами исследования, используемыми для достижения качественно нового уровня впонимании процессов роста и обработки сапфира.Исследование процессов кристаллизации и обработки сапфира является необходимым этапом в связи с широким применением различных диэлектрических иметаллических пленок на поверхности сапфира.

В электронной промышленностипри изготовлении микросхем на подложки из сапфира наносят тонкие слои меди,при этом используются химические, магнетронные, плазменные, ионно-лучевые ипрочие методы осаждения. В последнее время в самых разных областях науки итехники получили широкое распространение лазерные технологические операции,которые дают возможность осуществления максимального отжига дефектов и эффективного роста пленки. Так обработка лазером сапфира в различных жидкостяхпривела к образованию пленок на подложке, что позволяет расширить сферу применения монокристаллического сапфира и найти применение пленок на сапфирепри создании новых газочувствительных датчиков и защитных покрытий.Таким образом, тема диссертации, связанная с разработкой новых технологий получения изделий из сапфира для микроэлектронных устройств, усовершенствованиемтехнологиивыращиваниякристалловиразработкойнаучно-обоснованных алгоритмов оптимизации и управления процессами кристаллизациии соответствующего программного обеспечения, представляется актуальной и современной.Цель и задачи диссертационной работы9Цельюдиссертационнойработыявляетсяразработкафизико-технологических основ получения кристаллов сапфира высокой чистоты, однородных по структуре и примесному составу для последующего их практического применения для микроэлектронных устройств.

Для достижения поставленной целирешались следующие задачи диссертационной работы:1. Исследование основных закономерностей и разделение вкладов различныхмеханизмов роста кристаллов сапфира методом горизонтальной направленнойкристаллизации и их последующей обработки в ход процесса получения изделийиз сапфира для микроэлектронных устройств.2. Исследование влияния параметров технологических процессов на свойстваобъемных кристаллов сапфира, определяющие возможности их практическогоприменения.3. Теоретическое исследование методов снижения дефектов, внутренних механических напряжений на различных стадиях роста кристаллов сапфира.4. Экспериментальные исследования формирования дефектов в сапфире и ихвлияния на качество получаемых изделий.5.

Теоретические и экспериментальные исследования воздействия лазерногоизлучения (ЛИ) на монокристаллы сапфира и структуру пленка-сапфир для газочувствительных датчиков.6. Усовершенствование технологии получения подложек из сапфира для интегральных схем, газочувствительных датчиков и защитных покрытий на базе разработанных физико-технологических основ.Научная новизна работы:1.

Проведен целенаправленный комплекс теоретических и экспериментальныхисследований теплообмена в установке для роста кристаллов сапфира и процессовдефектообразования (газовые пузыри, термоупругие напряжения, трещины) с учетом конусной части кристалла, которая составляет до третей части выращенногокристалла.