Крутогин - Материалы и компоненты микроэлектроники (1074334), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Обычно поверхностный пробой переходит ввоздушно-дуговой разряд перекрытия диэлектрика по торцам .Электрохимический пробой – связан с изменением состава материала всилу его деградации под действием длительно протекающего электрическогополя, электрохимической диссоциации , электромиграции.В тонких диэлектрических пленках изоляции микросхем размерынеоднородностей (микропор, микровключений) сравнимы с общей толщиной78пленки и очень сильно меняют распределение токов иэлектрических полей.напряженностейПористость диэлектрических пленоквысокогокачества должна быть предельно низкой.
Лучшие свойства имеют аморфныевысокооднородные пленки с минимальными признаками кристаллизации.Диэлектрические потериОни обусловлены протеканием через объем диэлектрика двух токов –сквозного и абсорбционного, относительная безразмерная характеристикапотерь - tg, где- угол между вектором полного тока и его реактивнойсоставляющей Ip ( см.
рисунок 38) или между вектором Е ( поляризующимполем ) и вектором Д ( возникшей электрической индукцией ) . Потериэлектрической мощностиPa = 2 fCU2 tgPa также зависят от tg[Вт]2 f=.( 36 )Рисунок 38 – Векторные диаграммы токов и напряжений в диэлектрикеЕсли U – вольты, С – фарады,- 1/сек ,79Обычно с учетом потерь принято характеризовать материалкомплексной диэлектрической проницаемостьютогда tg"t". Частотные зависимости tg*=’+ i ” , где i = ei/2,для диэлектриков с разнойпроводимостью показаны на рисунке 39.Рисунок 39 – Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частотыПрирода потерь связана с конечными (хоть и очень высокими!)значениями удельного сопротивления, с релаксационными процессами вмеханизмах ионной и дипольной поляризации.
Диэлектрические потериособенно критичны для СВЧ –передающих линий, где tgдолжен быть =1.10-4 .Основные применения диэлектриковВ РЭА необходимым элементом являются пассивные диэлектрики монтажные платы, элементы конструкции корпусов, разъемов и т.п. Оксидные инитридные пленки являются пассивными диэлектриками в микросхемах,вдискретных и встроенных конденсаторах тоже необходимы оксидные илиполимерные пассивные диэлектрики .80Пассивныедиэлектрики необходимы в интегральных схемах - какподзатворный диэлектрический слой, межэлементная изоляция биполярныхтранзисторов, изоляция междуслоями металлизации.
На рисунке. 40показаны варианты применения пассивных диэлектриков в микросхемахС – сток, З – затвор, И – исток, Б – база, Э – эмиттер, К – коллекторРисунок 40 – Функции диэлектриков в интегральных схемахПрименение активных диэлектриковПьезоэлектрикизадержки,используются как стабилизаторы частоты,пьезоэлементыповерхностных акустическихакустики,фильтрылиниирадиосигналовнаволнах для телевидения. Кварц- неплохойпьезоэлектрик, обеспечивает высокую стабильность частоты - 10-12 % всутки .Пироэлектрики – прецизионные термодатчики, приемники излучениймалой мощности и коротких ( до 10-11 сек ) оптических импульсов.Пировидиконы –фотоприемники для ИК диапазона.81Электреты – материалы, которыесохранятьполяризованноесостояниеспособны длительное время(электрическийпотенциал).Поляризованные электреты, некий электрический аналог постоянныхмагнитов, способны месяцы и годы не разряжаться , но в темноте !Сегнетоэлектрикисвысокимзначениемуменьшают размеры микро-конденсаторов ,пъезосвойствамиииспользуютсявεоченьэффективноони же часто обладаютприборахакустоэлектроники,вмонокристаллическом состоянии сегнетоэлектрики применяются в системахквантовой нелинейной оптики.Лазерные матрицы – это диэлектрические монокристаллы и стекла,легированные ионами РЗМ и МПГ; примеры лучших лазерных матрицYAlO3 , Y3Al5O12 ;ГСГГ(Gd3 {ScGa}5O12 , Уникален сапфир Al2O3 –высокая прозрачность, высокая тепловая, механическая и электрическаяпрочность, способность растворять примеси (сапфир, легированный ионамихрома , называется рубин, это кристалл первого в мире твердотельноголазера), термостабильность.Высокие температурыплавления (1700-22000С) и высокие требования по оптической однородности лазерных матриц несколько осложняют жизнь технологов, получающих эти кристаллы.82ПРИЛОЖЕНИЕМагнитные материалы электроникиМалый объем учебного курса исключает возможность не толькосистемного, но сжатого изложения раздела о магнитных материалах.
Отчастиэтот дефицит компенсируется наличием в учебном плане курса "Физикамагнитных явлений". Поэтому ниже приводятся самые основные сведения обосновныхпримененияхмагнитныхматериаловипринципахихклассификации.По основным магнитным свойствам магнитные материалы делятся намагнитомягкие и магнитотвердые.
Первые в исходном состоянии непроявляют магнитных свойств (как бы макроскопически немагнитны),попадая во внешнее магнитное поле эффективно намагничиваются, а еслиполе меняет знак, то и перемагничиваются, сравнительно "мягко" следуя занаправлением и величиной намагничивающего поля.В отличие от них магнитотвердые материалы намагничиваются струдом (требуют большой энергии), но, будучи намагничены, "твердо"сохраняют свое новое состояние даже в отсутствие управляющего поля, т.е.попросту становятся постоянными магнитами.Вэлементарномсостояниимагнитнымисвойствамиобладаютметаллическое железо, кобальт, никель. В сплавах и соединениях магнитнуюактивность проявляют также марганец, хром, медь. При криогенныхтемпературах магнитоактивны некоторые редкоземельные металлы, носущественного технического значения это пока не имеет.83В основе магнитных явлений лежат сложные кооперативные взаимодействия спиновых магнитных моментов электронов d- и f- подоболочекв МПГ.
Эти взаимодействия дают иногда неожиданные результаты, напримержелезо-хром-никелевый сплав (нержавеющая сталь) может быть немагнитен,а марганец-алюминиевый или марганец-висмутовый сплав – магнитен.Вмагнитныхматериалахфункциональнымиявляютсяименномагнитные свойства и характеризующие их магнитные параметры (намагниченность, коэрцитивная сила, десяток видов магнитной проницаемости,петля гистерезиса, магнитные потери и магнитная энергия).
Вводить ифизически обосновывать эти свойства в данном курсе нецелесообразно.Поэтому некоторые общие принципы использования магнитных материаловпостараемся пояснить без привязки к их функциональным свойствам.Как магнитомягкие, так и магнитотвердые материалы могут быть вэлектрофизическом смысле металлами (проводниками), полупроводниками идиэлектриками.Электроника, основанная на использовании магнитных свойствматериалов, называется магнитоэлектроникой. Применительно к ее задачамналичие в магнитных материалах электрической проводимости являетсяскорее вредным обстоятельством, как скажем и в диэлектриках.
Поэтому вРЭА широкое применение нашли магнитные полупроводники – ферриты.Это многие оксидные химические соединения с обобщенной формулой(МеО)n(Fe2O3)m,( 37 )но подчеркнем, что магнитоактивна не смесь оксидов, а продукт химическойреакции их взаимодействи, который, например при n = m = 1 отвечаетформуле MeFe2O4, где характеризующим ионом Ме может быть Ni2+, Co2+,Mn2+, Zn2+ и т.п.84Высокое значение удельного сопротивления ферритов от 10 3 до 109Ом.см обеспечивает благоприятные условия для использования их врадиотехнике на повышенных, высоких и сверхвысоких частотах от 10 4 до1011 Гц, в то время, как металлические магнитные материалы устойчивоработают на частотах до 104 Гц, а после специальных видов обработки до 10 7Гц.В то же время приходится констатировать, что наивысшие значенияважнейших магнитных параметров (намагниченности, проницаемости и т.п.)достигаются как раз в магнитных металлических сплавах, причем отличие отферритов может составлять десятки и сотни процентов.Основные применения магнитных материалов в РЭА1.
Вторичные источники питания. Большая часть электронныхприборов работает от источников постоянного напряжения (3-12 В), в товремя как действующие стандарты электроснабжения рассчитаны напеременные напряжения 220 вольт. Между сетевым электропитанием иэлектронной микросхемной аппаратурой располагаются ВИП(вторичныеисточники питания). При всем многообразии способов их реализациинеобходимым элементом всегда является трансформатор и согласующиефильтры. Сердечники трансформаторов и индуктивных элементов –дросселей – работают на повышенных частотах – 50500 кГц и используютмагнитопроводы из металлических сплавов в обычном поликристаллическомили аморфном состоянии, а также из ферритов.
В современных компьютерахпри небольшом питающем напряжении ( 3 –…- 12 вольт ) потребляютсядовольно значительные токи (до 5-10 А). Чтобы снизить потери на передачутаких токов по монтажным платам используют распределенные вторичныеисточники питания, которые максимально приближены к потребляющимузлам РЭА.Вавтомобильнойэлектроникевторичныеисточникипитаниявыполняют иногда обратные функции – преобразуя бортовое постоянное85напряжение 12 В в привычное переменное 220 В для автономногоприменения бытовых приборов (электробритвы, телевизоры и т.п.). Ещѐболее высокое напряжение потребляют ксеноновые фары современныхавтомобилей.Таким образом, вторичные источники электропитания – эторасширяющаяся сфера применения магнитных компонентов.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
