Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 144
Текст из файла (страница 144)
Окись бернллия, например, такой же хо. роший проводник тепла, как и алюминий. Его теплопроводность равна 0,6 кал см-'с-'град-г. В отличие от стекол, теплопроводиость'керамик уменьшается с температурой; она уменьшается примерно нв 50чв при увеличении температуры до 300'С.
Теплопроводность металлов практически не зависит от температуры. б. Термнческме н механические свойства Р=(Р/аЕ) р' к/рС, где Р— прочность на растяжение; а — коэффициент термического расш«- рения; Š— модуль Юнга; к — теплопроводнсктак р — плотность; С— удельная теплоемкость. Хотя уравнение дает только качественное соответствие с экспериментальными данными, однако оно имеет ценность пря сравнении одних материалов для подложек с другими. В табл. 6 прнведекы данные об относительной термостойкоств четырех материалов вме- Таблица 6 Относительная термостойяость материален подложек КоаФФаиисиг тсряячаского расшярсиаа 1О- «грал- ° для о — зоз с КоаФФаяисис саряостояксста, Р Материал подложки 0,66 6,0 6,1 13,0 3,7 З,О 0,9 Плавленый кварц Окись алюминия Окись бериллия ,Стекло Глазурованные керамические подложки з этом смысле представляют интерес, так как они сочетают гладиую поверхность стекол с хорошей теплопроводностью керамического тела.
Теплопроводность этого «сэндвича», в зависимости от толщины эмали, может на порядок превышать теплопроводвость стекол сравнимых толщин 163). Влияние теплопроводности подложки на распределение температуры вокруг отдельных компонентов ивучдлось экспериментально несколькими авторами. Маклин и др. для определения температурного профиля сопротивлений из ингрида тантала ис.
пользовалн температурно-чувствительные мелки 169). Для этой же цели на нихромовых 117) и углеродных [70) пленочных сопротивлениях были применены термопары. В настоящее время большинство исследователей используют инфракрасную микроскопию.
В этом методе ИК излучение с поверхности образца фокусируетсв на чувствительный болометр, выходной сигнал с которого пропорционален падающей радиации. Для этнхцелей обычно попользуются фотодетекторы нз антимонида индия илн германия, легированного золотом.
Их онгиал усиливается и регистрируется стрелочным илн записывающим прибором. Метод может иметь погрешность, не превышающую ~!'С, и разрешение по площади до 630 мкм' 17Ц. 3) Стойкость к термоударам н термическим напряженкам. Способность подложек без повреждений выдерживать быстрые изменения температу. ры называется стойкостью их к термоударам. Эта сложная величина связана с теплопроводностью, удельной теплоемкостью и плотностью материала, поскольку указаннме свойства вместе взятые определяют температуру материала в процессе ее изменения.
Эта величина зависит также от коэффициента термического расширения и модуля упругости подложки, явлшощихся факторами, контролирующими возникающие напряжения. Стойкость к термоударам часто определяется эмпириче:кв в под ией подразумевается поведение различных материалов при специфических термоциклах. Для того, чтобы иметь универсальный количественный критерий, Вииклемаи н Шатт 172) опредслилн коэффициент термической стойкости Г; Гл. б. Подложки длн тонких пленок сте с коэффициентами расширения, посколэку йоследиие оказывают наибольшее влияние на способность подложки видерживать термоудары.
Интересно отметить, что плавленый кварц имеет наибольшую термостайкость по сравнению е другими стеклами, приведенными в нижней части таблицы. Сто))кость к термическим напряжениям отличается от термостойкостн (способности тела выдерживать неоднородные напряжения). Термические напряжения возникают, если расширению одной части подложки препятствует соседний материал, который не расширяется.
Зто может возникать по ряду причин [73). Примерами являютси анизотропные полнкристаллнческне тела и такие двухфазные материалы, как стеклокерамики, глазуро. ванные керамики или глазурованные металлы. Прн наличии температурных градиентов термические напряжения могут возникать н в однородных телах. Так, например, во время нагревания н охлаждения поверхность подложки быстрее реагирует на наведенные изменения, чем внутренняя часть, поэтому перпендикулярно поверхности возникает температурный градиент.
Поперечные градиенты вызываются электрической нагрузкой тонкопленочных компонентов, покрывающих только часть полложки. Трудно подобрать количественные величины для оценки стойкости подложек к напряжением. Качественно оии, вероятно, связаны с термостойкостыо н расположены в том же порядке, что и величины в табл. 5. Отказы, об.
условленные одними лишь чрезмерными напряжениями, вероятно, очень редки. Растрескнванне нлн выкрашнвание краев подложек, скорее всего, обусловлеао комбинацией факторов, включающих как механические и термические нагрузки, так и термические напряжения. Б. Предпосылки к тепловому расчету После обсуждения термических свойств подложек, которые рассматривались в качестве независимых параметров материала, представляет интерес проследить, в какой степени эти параметры должны приниматься во внимание при конструировании тонкопленочных схем.
При рассмотрении этого важного вопроса были выделены две проблемы. Одна касается нороблення глазурованных подложек, другая — рассеянии мощности в тонкопленочных схемах. 1) Напрвження в глазурованных подложках. Глазурованные керамики, как утверждалось в равд. бА, 2), применяются в качестве материалов подложек для тонкопленочных схем. Одаако, поскольку такие подложки являются сложными телами, состоящими из двух различных материалов, в них образуются термические напряжения. Если напряжения, возникающие при осгывании эмали, слишком велики, то происходит кароблеане или выкрашивание краев подложки, в результате чего подложка становится непригодной к использованию. На рис. 20 показаны распределения напряжения н возникшие коробления в трех типах сложных подложек.
Предполагается, что эмаль находится под действием сжатия. Это желательно, поскольку стойкость стекол к сжимающим нагрузкам выше, чем к растягивающнм. Экспериментально зто может быть достигнуто выбором эмали, имеющей меньший коэффициент термического расширения по сравнению с подложкой. Если предположить, что два материала согласуются при температуре образования эмали, то большее сжатие подложки при охлаждении до комнатной температуры будет вызывать именно сжатие эмали, Из рис.
20 видно, что коробление подложки может быть предотвращено симметричным глазурованием обеих ее сторон. Однако большие градиенты напряжений, возникающие на границах раздела, устра- й Термические и механические свойства гуалрнитмии Ь $ Рис. ГО. Рвснревелсние «вврвыеииа в глв. вуроввниыз «ервыиивю о — гжни сторона глззуроввнв; б — обе стороны глизуровнны симчетрнчно: е обе стороны глизуровнны всимчетрично.
казаны на рис 20,а, и эти пластины из-эа высокой теплопровоаности явля. ютси хорошнмн подложками для тонкопленочных резисторов [25) 2) Рассеяние мощности в тонкопленочных микросхемах. Электрическая энергия, подаваемая в микросхему, частично накапливается в емкостных и индуктивных элементах, в частично рассеивается в виде тепла. Если бы погери тепла отсутствовали.
температура тонкопленочных компонентов могла бы возрастать безгранично, все время, пока к ннм подводилась мощность. Однако в действительяости происходит так, что компонент до. стигает квазистационарной температуры, которая устанавливается вследствие баланса между притоком мощности и внергетическими потерями за счет различных механизмов рассеяния.
Для обеспечения стабильной работы микросхемы и длительной работы компонента она должна быть сконструирована таким образом, чтобы средняя максимальная температура не превышалась. Эта задача, легкая в постановке, трудна в разрешении. Сложность проблемы создается рядом факторов. Во-первых, рассеяние мощности зв счет теплопроводиости трудно рассчитать из.за наличия в подложке боковых и вертикальных потоков тепла, Тепловой поток мо.
бй! иены быть не могут. Это. до некоторой степени терпимо в случаях, если адгезия двух материалов достаточно велика, чтобы противостоять возни. кающим касательным напряжениям. Примерами таких применений являются комбинации кервмик и согласованных эмалей. Хоенс и Крейгер )Уз) указали, что напряжения, обусловленные относительным удлинением эма. ли и объема подложки, изменяются в сечении нз-за различных коэффициентов расширения применяемых материалов и образования промежугоч ного слоя. Более желательнаа комбинаина Ггпу спк металлических подложек, покрытых изолирующим слоем, имеет проблемы, ко~орые еще не решены.
Одной из причин этого являютсн относительно большие коэффндиенгы расширения г', металлов, что приводит к большим градиентам напряжений, возникаю. шиы на границе раздела. Другим фак. тором считается довольно слабая адгезия, получаемая обычно между металлическими поверхностями и осажденными окисиыми илн сгекляиными пленками. Приемлемой для многих 1 г применений альтернативой являготся кремниевые кристаллические пластины с изолирующим слоем термически выращенной или расим ~виной 5гОз Папряження, возникающие в иих, по.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
