Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 145
Текст из файла (страница 145)
Гл. 6. ггодложки длн тонких пленом жег проходить как через различные материалы, свойства которых нэ всегда точно нзвестны, так и через различные сечения. Более того, име. ются такие дополнительные механизмы рассеяния, как излучение и Хон. вехция, прнчем последняя является особенно сложной иэ-за ее зависймо. стн как от типа и давления газа окружающей среды, так и от скорости движения этого газа. Попытки различных авторов предсказать распредн. ление температуры и ее максимальную величину в подложках отличаются степенью, с которой эти механизмы приняты во вннмаяие.
Наиболее точные приближения получаются при использовании ЭВМ для получения температурных карт структуры подложка — пленочный компонент. Однако для получения разрешимых уравнений этот способ тоже требует упрощающих предположений. Несиотря иа то, что наличие более чем одного компонента на подложке еще более усложняет задачу, однако и в этом случае были сдела. ны попытки предсказать, хотя бы приблизительно, распределение температуры на подложках с тонкопленочныьш схемами. Для решения данной проблемы Пик [76[ воспользовалси сведением всех резисторов в один эквивалентный прибор.
Его модель не дает температур отдельных реэнсто. ров, а определяет положенне н температуру самой горячей точки. На осио. ванин своих исследований он заключил, что наиболее эффективное рас. сеяние мощности происходит на меньших по размерам резисторах. Абрахам и Поэлер [771 рассмотрели проблему теплоотвода для тон. коцленочных транзисторов н приборов на горячих электронах применительно к стеклянным подложкам. Для упрощенна они предположили, что теплоотвод осуществляется только за счет теплопроводности через подложку н что прямоугольные пленочные приборы являются однородными нсточиикамн тепла.
Они пришли к выводу, что приборы Мида будут подвергнуты термическому разрушению, прежде чем достигнут критерия М, равного 10 МГц. М 8~,/2пСь где я На/ИУ> — крутнзна вольт-амперной характеристики; !а — выходной ток; с7~ — входное напряжение; С1 — входная емкость.
Тонкопленочные транзисторы ие имеют термических ограничений ао тех пор, пока не превышен критерий, равимй нескольиим сотням мегагерц. Хотя рассеяние мощности для оценки верхнего предела ям не является единственной предпосылной, однако авторы использовали этот критерий для разбраковки экспериментальных приборов. Аналогичная электрической трактовка проблем теплоотвода дана Бернсом [78[. Ои представил себе цепь нзотермической, а влияние пол. ложки обозначил рядом резисторов. Мартин н др. [79[ для определенна распреййлеция температуры вдоль проводников одного корпусного резистора йа керамической подложке использовали анализ иа ЭВМ.
Этот же метод был применен к цепи нэ четырех резисторов в корпусе н без него, на подложках. При наличии разработанной программы этот метод точно предсказывает распределение температуры иа сложных элементах. Недо. статком его является то, что он требует точного определения констант материала и эмпирических коэффициентов, определяемых прямым измерением, для туго чтобы сначала доказать правильность результатов, полученных из Программы. Ввиду упрощений, необходимых для теоретического прогнозирования температуры, более эффективными валяются попытки дополнить теоретические рассуждения зкспернмеитальными измерениями.
Примером является исследование Бэрксом и др. [80[ гибридных интегральных схем. Зти авто- 6. Термическке и-механические свойства ры попользовали ИК-зонд для прямых измерений и электрические аналогии для моделирования. Кроме того, они вывели уравнения теплового баланса, для которых можно получить численные контрольные решения. Наконец, графической обработкой большого числа экспериментальных данных они получили факторы коррекции для таких яарвметрон, хак площадь подложки, теплопроводность и однородность рассеяния мощностн сопротивления. Погрешность етого метода равна ~10уз. Юнгом было показано, что изменение размера и формы резистора измеНяет распределеиие температуры в нем н таким образом влияет иа его стабильность [811. Он показал, что геометрическими изменениями можно выровнять термический профиль резистора, снизив таким образом температуру «горячей точки». Из проведенных исследований может быть выведен ряд критериев для выбора подложек и конструирования микросхем.
Они сводятся к следующему: поскольку главное значение имеет высокая теплопроводность желательными материалами для подложек являются очень плотные окиси алюминия и бериллия. Предпочтительными явЛяются металлические пластины, изолированные окнсными эмалевыми нлн форфоровыми слоями. Применимы также очень тонкие стеклянные пластины„ смонтированные на эффективных теплоотводах.
Элементы, рассеивающие мощность. должны быть размещены как можно ближе к теплоотводам и равномерно распределены по всей подложке. В случае тонкопленочных резисторов с отношением размеров (! применяют металлические коятакты большой площади, помогающие рассеивать мощность. В общем, проводники должны иметь высокую таплопроводность, а соединения — низкое тепловое сопротивление. Это означает, чго длк тонкопленочных внутрисхемных соединений они должны быть как можно шире и толще. Наконец, необходимо предупреждать образование промежуточных (межслойных) окислов.
Хотя эти выводы н были сделаны в основном для квазястационариого рассеяния мощности, однако они справедливы также для импульсного режима работы. Переходные напряжения, накладывающнеся на нормальное рабочее напряжение, являются дополнительным осложняющим фактором. Тонкопленочные приборы часто имеют малые времена нарастания сигнала и не могут достаточно быстро рассеять внезапный пик мощности. Во избежание разрушения цепы рекомендуется конструировать схему из расчета не на сред. нюю мощность, в на предполагаемую паковую мощность.
В. Мехаиичесние свойства Механическая прочность подложен является очень важным свойством, в особенности для процессов изготовления и монтажа тонкопленочных модулей. Способность подложки механически разделяться на отдельные модули связана с прочностью материала подложки. Так например, стекла и керамики довольно хрупки при обычных температурах, в отличие от большинства других материалов.
Они точно следуют закону Гука до точки разрыва, который, в отличие от металлов, происходит без пластической деформации, Стекла являются также упругоодиороднымн и изотропными. Использование стекол ограничено температурами ниже точки упрочнення, выше которых становится заметным вязкое течение. Вязкое течение отличается от пластического течения металлов тем. что оио продолжается в течение всего времени приложения силы. 1) Контроль прочности.
Практически прочность хрупких материалов не поддается определению испытанием иа разрыв, Вместо него рекомендуется проводить испытание на поперечный изгиб или иа модуль разрыва 633 Гл, 6. Лолложкн для тонких пленок !82) При этом испытании образец помешают на две опоры, а растущую нагрузку прикладывают в центре до тех пор, пока не произойдет разрыва. Модуль упругости, соответствующий разрыву, рассчитывается исходя нз нагрузки, при которой происходит разрыв.
Последняя вызывает максимальные растягиваюшие напряжения на нижней (противоположной) поверхности образца. Модули упругости для сжатия н растяжения предпо. лагаются одинаковыми. Результаты испытаний на механическую прочность зависят от таких факторов, как метод испытания, форма образца и степень обработки его поверхности. Например, микротрещины или изъяны на поверхности стеклянных образцов значительно снижают измернемую прочность. По этой причине многие из опубликованных данных не применяют к подложкам для тонких пленок, хотя материалы и могут быть идентичными.
Получен. иые данные могут служить показателем относительной нли приблизнтельчой прочности. Стекла и керамики оказываются более прочнымн прн сжимающих на. грузках, чем прн растягивающнх. Испытания на сжатие дают прочность Кля стекол, равную !0500 — 14 000 кг/см*, в то время как для керамнк чта величина достигает 28000 кг/см'. Этн величины должны рассматриьаться как минимальные, поскольку абсолютные значения прочности на сжатие обычными методамн получить невозможно. Другие механические свойства, такие как твердость, ползучесть, усталость и упругие константы — прн использовании подложек ие имеют первостепенного значения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
