Лекции1 (1055161)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАДисциплина:Физические основы электронных приборовМихайлов Валерий ПавловичСтруктура курса• Лекции (51 час):Модуль 1 «Физические процессы вэлектровакуумных приборах»Модуль 2 «Электровакуумные приборы»Модуль 3 «Физические процессы вполупроводниковых структурах»Модуль 4 «Полупроводниковые приборы»• Тесты (4);• Домашнее задание (1)«РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУШЕК» + защита;ЗачетРекомендуемая литература1. Дулин В.Н. Электронные приборы. Учебник для вузов. М., Энергия, 1977.2.
Вакуумная техника: справочник / К.Е. Демихов, Ю.В. Панфилов, Н.К.Никулин, В.П. Михайлов и др.; под общ. ред. К.Е. Демихова, Ю.В.Панфилова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2009. 590 с., ил.3. Пипко А.И. и др. Конструирование и расчёт вакуумных систем. М.,Энергия, 1979.4. Физические основы микро- и нанотехнологий: Учеб. пособие / С.П. Бычков,В.П. Михайлов, Ю.В.
Панфилов, Ю.Б. Цветков; Под ред. Ю.Б. Цветкова. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 176 с.: ил.5. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учеб. пособие длявузов/ Под ред. проф. Н.Д. Федорова. –М.: Радио и связь, 1998.–560 с.6. Жигарев А.А. Электронная оптика и электроннолучевые приборы. Учебникдля втузов. – М., “Высш. школа”, 1972. – 540 с.7.
Михайлов В.П. Физические процессы в вакууме и полупроводниковыхструктурах и их использование в электронных приборах и технологиях. Уч.пособие по курсу «ФОЭТ» в эл. виде., 2012. – 180 с.Модуль 1Физические процессы в электровакуумных приборахЛекция 1Основные понятия и определенияЭлектроника – это научно-техническое направление, котороеобъединяет методы исследования, разработки, производстваэлектронной техники и на основе которого развиваютсяотраслипроизводства,такиекакмашиностроение,приборостроение,атомнаяэнергетика,строительство,художественное производство и т.д.Классификация составных частей современной электроникиЭлектроннаяпромышленностьМашиностроениеПриборостроениеСтроительствоХудожественноепроизводство…………………ОтраслипроизводстваРадиоприемникиРадиоприборыВакуумированиеТелевизионныеТелевизионныеприемникиприборыЭл. и ионная обр.ЭВМСАУЭСЭТЭП……………….Прецизионная ТОМикролитографияНанесение плёнокСборка ЭП и ЭС…………………ЭВПППИМСПечатные платыГазоразрядныепр.……………………Электровакуумный прибор (ЭВП) – это электронноеустройство для выполнения элементарных функций, действиекоторого основано на использовании электрических, тепловых,оптических и других явлениях в твердом теле, вакууме илиплазме.Полупроводниковый прибор (ПП) – это электронноеустройство для выполнения элементарных функций, действиекоторого основано на использовании электрических, тепловых,оптическихидругихявленияхвполупроводниковыхматериалах.ЭВП и ПП относятся к электронным приборам (ЭП).ЭП используются как элементы электронных систем и, какправило, не подлежат сборке, разборке или ремонту.Электронныесистемы(ЭС) - это электронныеустройства для выполнения определенных сложных функций(передачи изображения, звука, управления объектами и т.д.),представляющие собой совокупность ЭП.Электронные технологииобработкиматериалов(ЭТ)– это процессывысокоэнергетическимипотокамичастиц (электронами, ионами, молекулами, атомами), плазмойиразличнымивидамирентгеновским и другими).излучений(оптическим,гамма,Физическое единство электронных приборов итехнологийПри работе электронных приборов и реализацииэлектронных технологий используются, как правило, единыефизические процессы.
Рассмотрим некоторые виды ЭП и ЭТ сточки зрения общих физических признаков.Измерительные электронные приборы.Преобразователь манометрический ионизационный ПМИ-2Электронно-лучевые трубкиСпециальные электронно-лучевые трубкиОсциллографические ЭЛТРадиолокационные ЭЛТЭлектронно-лучевые трубки для мониторовРентгеновские трубки1 – массивный медный чехол на аноде для уменьшенияинтенсивности неиспользованного рентгеновского излученияРентгеновские трубкиЭлектронно-оптический преобразователь1 – входное изображение; 2- фотокатод;3 – экран; 4 – выходное изображениеЭлектронно-оптический преобразовательВакуумные СВЧ-приборы. Лампа бегущей волны (ЛБВ)Вакуумные СВЧ-приборы. Магнетрон для СВЧ-печиВакуумные СВЧ-приборы.
Магнетрон для СВЧ-печиСхема многорезонаторного магнетронаВакуумные СВЧ-приборы. Магнетрон для СВЧ-печиДвижение электронов в пространстве взаимодействия приразличной индукции магнитного, поляВращающееся электронное облако в пространствевзаимодействия без резонаторовГазоразрядные приборы. Люминесцентная лампа1 – лампа; 2- стартер;3 – дроссель; 4,5,6 – конденсаторыГазоразрядные приборы.
Плазменная панельУстановка электронно-лучевой литографии1 – вакуумная среда2 – катодный узел3 – магнитный узел4 – полупроводниковаяподложка с резистом5 – траектория электроновПолупроводниковые приборы. Биполярный транзистор1 – п/п материал (Si, Ge и др.)2 – эмиттер3 – база4 – коллектор5 – траектории подвижныхносителей заряда(электронов или дырок)6 – эмиттерный переход7 – коллекторный переходПолупроводниковые приборы. СветодиодОбщая схема ЭП и технологического оборудования,использующего ЭТ1– среда (вакуум, полупроводники т.д.)2 – источник заряженныхчастиц (электронов, ионов)или электромагнитногоизлучения3 – устройство управленияпотоком заряженных частицили электромагнитногоизлучения4 – объект воздействия5 – поток заряженных частицили электромагнитногоизлученияЦель курса:Изучение физических основ современных электронныхприборов (ЭП) и электронных технологий (ЭТ).Задачи курса:- изучение основных физических явлений, лежащих в основеэлектроники (при работе электронных приборов и реализацииэлектронных технологий);- изучение конструкции и принципа действия основных видовэлектронных приборов.Курс «ФОЭП» будет использоваться при изучениидисциплины и выполнении курсового проекта «Технология иоборудование микроэлектроники», дисциплин «Физикавакуума», «Системы автоматического управления» идипломной работы.Откачка ЭВП и вакуумных камерВакуум - газовая среда с давлением ниже атмосферного(P<Pатм), которая используется в технологии производствапрактически всех ЭП (ЭВП, ПП, ИМС и др.) и других изделийи которая необходима для работы ЭВП.Согласно ГОСТ 8.417-81: 1Па=1Н/м2; 1бар=105Па[Н/м2] = 750 мм рт.
ст. =750 Торр; 1Торр=133,3Па.Функции вакуума (с позиции его использования в ЭВПи реализации в нем технологических процессов):1. Вакуум предохраняет нагреваемые поверхности (нитинакала, катоды и др.) от окисления, перегорания;2. Вакуум позволяет формировать потоки заряженных инейтральных частиц;3.
Благодаря вакууму потоки заряженных частиц могутбеспрепятственнопреодолеватьмежэлектродныерасстояния (при этом они могут ускоряться, фокусироваться иотклоняться по заданной траектории);4. Вакуум позволяет сохранить чистоту мишени илиобрабатываемойповерхностиматериала(обеспечитьотсутствие сорбированных молекул газа, паров углеводорода иводы, оксидов и др.) для обеспечения работы ЭВП, приреализациисварки,технологическихвыращиванияпроцессовмонокристаллов(диффузионнойполупроводников,формирования элементов топологии на полупроводниковойпластине и т.
д).Степени вакуума1. Низкий вакуум НВ (105-102 Па);2. Средний вакуум СВ (102-10-1 Па);3. Высокий вакуум ВВ (10-1-10-5 Па);4. Сверхвысокий вакуум СВВ (P<10-5 Па).Требования ЭВП к вакуумуЭВПДавление, ПаНазвание вакуумаГазонаполненые лампы накаливания104НВГазотроны, люминесцентные лампы,газовые лазеры10-1СВЭлектронно-лучевые трубки, приемноусилительные лампы10-5СВВВакуумные СВЧ-приборы: лампыбегущей волны, лампы обратной волны,магнетроны, клистроны10-7СВВ10-10СВВФотоэлектронные приборы:электронно-оптическиепреобразователи, фотоэлектронныеумножителиТребования ЭТ к вакуумуТехнологический процессДавление,ПаНазвание вакуумаЭлектронно-лучевая обработкаа) сваркаб) размерная обработка, резкав) плавка, зонная очисткаг) электронная литография10-310-310-310-5ВВ (высокий)ВВВВСВВ(сверхвысокий)Ионная обработкаа) очисткаб) травлениев) имплантацияг) ионная литография10-210-210-310-5ВВВВВВСВВВыращивание монокристаллов10-4ВВ10-310-6ВВСВВ10-9СВВНанесение тонких пленока) нанесение пассивных элементовб) нанесение оптическихэлементовв) молекулярно-лучевая эпитаксияТребования ЭТ к вакуумуТехнологический процессДавление, Название вакуумаПаКонтроль качества поверхности ввакуумеа) сканирующая СВВ туннельная10-8...
10-10микроскопияб) атомно-силовая СВВ микроскопия 10-8... 10-10СВВСборка фотоэлектронныхприборов (приборы ночноговидения)10-10СВВВакуумная сушка101СВ (средний)Вакуумная упаковка продуктов103НВ (низкий)СВВПринципиальные схемы систем вакуумной откачкиа)низковакуумнаяоткачка(P»104Па)газонаполненнойлампы накаливания:1- лампа;VT1 - вентиль тарельчатый;VF1 – натекатель;NI - насос механическийа)высоковакуумная откачка(P»10-3Па)установкидлянанесения тонких пленок:1 - подложка;2 – испаритель;VT1, 2, 3 - вентили тарельчатые;VF1 – натекатель;ND, NI – насосы диффузионный имеханический;CV - колпак вакуумныйПолучение вакуумаВакуумныенасосыследующим образом:можноклассифицироватьа) по назначению:сверхвысоковакуумные - СВВ, высоковакуумные - ВВ инизковакуумные - НВ (форвакуумные);б) по принципу действия:механические - для низкого, среднего и высокого вакуума;сорбционные - для среднего и высокого вакуума;диффузионные, магнитные электроразрядные, геттерноионные, крионасосы - для высокого и сверхвысокого вакуума.Основные параметрывакуумной системы:· Быстротаоткачкиобъекта So – объём газа,поступающийвединицувремени из откачиваемогообъекта в трубопровод придавлении РО [м3/с].· Быстротадействиянасоса Sн – объем газа,удаляемый насосом в единицувременичерезвпускнойпатрубок при давлении РН[м3/с].Основные параметры вакуумной системы:· Производительность насоса Q – поток газа,проходящий через его впускной патрубок [м3 · Па / с].· Проводимость трубопровода U – количество газа,протекающего через трубопровод в единицу временипри разности давлений на концах трубопровода, равнойединице [м3/с]:U = Q /(PО – PH).Определим взаимосвязьидеальной вакуумной системы.основныхпараметровДля стационарного потока (Q = const) при откачкевакуумной камеры выполняется условие сплошностигазовой среды:Q = PoSo = PHSH = const.Из этого уравнения следует:SH = Q/PH = U(PО – PH) /PH;SО = Q/PО = U(PО – PH) /PО;1 / SH = PH / U(PО – PH);1/ SО = PО / U(PО – PH)1 / SО – 1 / SH = (PО – PH) / U(PО – PH) = 1 / Uили1 / SО = 1 / SH + 1 / UТаким образом,если (U –> ¥), то (So –> SH);если (U –> 0), то (So –> 0).Расчет времени откачки полностью герметичной,идеально обезгаженной системыДано: V – объем камеры;So – быстрота откачки(принимается So = const);Po, PK – начальное и конечноедавления.Найти: время откачки to от Ро до РК.1.
Определим количество газа dG, откачанное за время dt:dG = S o Pdt = -VdPSodP= - dtPVПосле интегрирования получим:PKtoSodPòP P = - ò0 V dtOPKln P PoSo= - toVилиPO S Oln=toPKV2. Найдем время откачки to:PoVto =lnS o PK- для идеальной системы (при t–>¥, PK –> 0)PoV- для реальной системы (при t –>¥, PК–>P’)to =× lnSoPK - P ¢гдеР' – предельное давление системыQост.P¢ =SoQост. – остаточное газовыделение в системе.3.
Определим уравнения кривых откачки для идеальной иреальной систем:P = Po e-SotVP = P ¢ + Po e- для идеальной системыSo- tV- для реальной системыПерейдем к десятичным логарифмам:Тогда:ln x = 2,3 lg xPoVt o = 2,3 lgS o PK - P ¢Пример:Дано: Объем камеры – 10 л (10-2 м3)So = 5лс= 0,005м3с- (для насоса 2НВР-5ДM)Po = 105 Па, PK = 101 Па, Р' = 1,3×10-2 ПаНайти: toРешение:PoV0,0110 5t o = 2,3 lg= 2,3lg 1- 2 = 18,4 c.S o PK - P ¢0,005 10 - 1,3 × 10Лекция № 2Растворимость и диффузия газов в твердых телах.Газопоглощение и газовыделение на границе “газ –твердое тело”••Растворимость - свойство газа растворяться донасыщения в определенном объеме твердого тела.Растворимость зависит от свойств газа и материала.В неметаллах газ растворяется в молекулярном состоянии иобъемная концентрация газа С пропорциональна давлениюp:С = S · p, где S - коэффициент растворимости.•В металлах молекулы газа сначала диссоциируют на атомы,а затем растворяются.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
