Материал: 1381

26

Рисунок 1.6 - Схема проведения традиционного процесса газофазной эпитаксии кремния

Рост кристаллов на подложке из того же материала, что и подложка называется автоэпитаксией (например, Si-Si). Процесс роста кристаллов на инородной подложке называется гетероэпитаксией (например, Si- W).

Для формирования кристалла на подложке проводят разметку.

На рис. 1.7 представлена схема разметки подложки для процесса газофазной эпитаксии исходя из порядка симметрии кристаллической решетки формируемого материала.

Рисунок 1.7 - Рекомендации по разметке подложки для эпитаксии

Для анализа на кристалличность применяются микроскопические исследования и зондовые измерения сопротивлений. В микроскоп с небольшим увеличением (до 100 крат) должны быть видны кристаллы размерами 10 мкм и более. При общем взгляде на пленку угол не параллельности кристаллов относительно друг друга не должен превышать 200. Поверхностное сопротивление должно быть менее 100 ом/квадрат.

Перекристаллизация пленок

Для ряда приборов, таких как фотоэлементы, бытовая техника и т.п., допускаются эпитаксиальные пленки с некоторым количеством дефектов. Такие пленки могут быть улучшены путем дополнительной переплавки и перекристаллизации.

Электронно-лучевые методы перекристаллизации. В последнее время в практике перекристаллизации наиболее широко распространилось применение электронного луча. На рис.1.8 представлены некоторые

27

профили сечения электронных пучков для эпитаксии и профили островков пленки.

Рисунок 1.8 – Профили сечения электронных пучков для эпитаксии и профили островков

Размеры островков соизмеримы с размерами луча и составляют десятки мкм. Скорость прохода составляет 1-5 см/с. Очень важен процесс контролируемого остывания островков.

Лазерный метод перекристаллизации пленок. Для применения лазера важны спектры излучения и излучения, поскольку излучение может хорошо отражаться и плохо поглощаться пленкой.

Перекристаллизация методом зонной плавки. В основу перекристаллизации методом зонной плавки положено явление перехода примесей и дефектов в более холодное место. В этом случае кроме очистки кристаллов, происходит их температурное ориентирование. На рис. 1.9 представлена схема формирования субграницы, а также схема реализации метода зонной плавки.

Рисунок 1.9 - а) схема формирования субграницы; б) схема метода зонной плавки

МОС - гидридная эпитаксия из металлоорганических соединений

В основе газофазной реакции из металлоорганических соединений (МОС) лежат реакции пиролиза легколетучих соединений. С помощью МОСгидридной эпитаксии выращивается большинство полупроводниковых соединений AIIIBV, AIIBVI, AIVBVI. Наиболее известно получение таким способом современного материала арсенида галлия – GaAs. Некоторые металлоорганические соединения: Ga(CH3)3 – триметилгаллий (ТМГ), Al(CH3)3 – триметилалюминий (ТМА), In(C2H5)3 – триметилиндий (ТМИ). Некоторые гидриды: AsH3 – арсин, PH3 – фосфин. Суммарной реакцией образования соединений типа AIIIBV является

28

реакция типа:

Ga(CH3)3 (пар)+ AsH3 (пар)= GaAs (тв)+3 CH4

На рис 1.10 представлена схема установки для МОС – гидридной эпитаксии.

Рисунок 1.10 - Схема процесса МОС-гидридной эпитаксии

В качестве газа-носителя используется водород или его смесь с азотом. Благодаря реакциям в паровой фазе и пиролизу металлоорганических соединений, на подложках выделяется металлический алюминий, галлий или индий. Для легирования примесями акцепторного типа чаще применяют диэтилцинк Zn(C2H5)2, донорного –

H2S, H2Se или SiH4.

Молекулярно-лучевая эпитаксия

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) – это технологический процесс формирования наноматериалов в виде пленок требуемого состава и структуры на кристаллической подложке из контролируемого потока молекул (или атомов) в условиях сверхвысокого вакуума.

В последнее время альтернатива эпитаксии является ионная имплантация. Сущность метода ионной имплантации состоит в том, что ионы кислорода или азота с энергией 100-200 кэВ внедряют в кремний на глубину 0,1-0,3 мкм.

1.9Основы построения технологических процессов

1.9.1Технологичность изготовления и методы ее оценки

Технологичным называют такое изделие, деталь или сборочную единицу, которое полностью отвечает эксплуатационным требованиям и может быть изготовлено с применением наиболее прогрессивных, простых и экономически обоснованных процессов.

Коэффициент новизны конструкции изделия Кн определяет конструктивные признаки, обуславливающие преемственность конструкции изделия и определяется отношением числа новых деталей Nн к общему числу деталей N:

29

Коэффициент сложности конструкции изделия Ксл выражают отношением общего числа разработанных деталей N к числу подобных в аналоге Nа:

Сложность конструкции определяется числом проекций, необходимых для понимания чертежа изделия.

Коэффициент использования материала Ки в изделии массой Ми относительно массы заготовки Мз насчитывается по формуле:

Коэффициент использования прогрессивной технологии Ки – кроме отношения массы детали к массе заготовки, может быть определен количеством сразу изготовленных деталей Nи, к общему числу черновых

может быть рассчитана по массе аналога Ма через коэффициент изменения размеров Кр:

Эрготический показатель - это коэффициент К, рассчитываемый отношению машинных затрат энергии к общему объему работ (в человекочасах или киловаттах):

Время на изготовление партии деталей Тизг обычно больше времени «чистого» изготовления ti конкретной детали ni. Это связано со временем подготовки производства tподг, необходимостью времени на контроль tк всей партии деталей N и увязки организационнотехнических вопросов tот:

m

Для ускорения процесса изготовления несколько деталей может изготавливаться одновременно.

Коэффициент параллельности – это отношение времени параллельной работы над деталью к времени всего процесса.

Коэффициент освоенности Ко – есть отношение числа деталей, приобретенных «на стороне» Nc к сумме всех деталей изделия N без крепежных элементов (болтов, гаек, винтов и т.п.):

Крепежные элементы являются стандартными изделиями, выпускаемыми метизными заводами для всех предприятий и в расчете параметров не участвуют.

Коэффициент стандартизации изделия Кст учитывает число,

стандартных деталей в отрасли Nст.о и число деталей, которые покупаются

Технологичность изготовления может быть также оценена по коэффициенту повторяемости изготовления детали на данном предприятии.

Коэффициент повторяемости: (Кп) – есть отношение числа оригинальных деталей Nор, к числу проекций, необходимых для понимания детали Nпр:

Коэффициент стабильности процесса Кс – есть отношение мгновенного отклонения контролируемого параметра δм к средне квадратичному отклонению всех параметров δ:

Коэффициент настроенности Кн характеризует технологичность в процессе изготовления детали. Он определяется как отношение среднеарифметического значения получаемого параметра δса без технологического допуска на отклонение размеров δдоп к среднеквадратичному отклонение всех параметров δ, включая цену деления измерительных приборов δпр:

Для поточного производства технологичность его проектирования может быть оценена по коэффициенту прямоточности Кпрм:

где Sm – число прямых внутрипроизводственных связей; Sn – число обратных связей.

Известно достаточно много информационных систем, предназначенных для конкретного анализа на технологичность. Некоторые из них: АСНИ – автоматизация научных исследований, САПР – система автоматического проектирования, АСОИ – автоматизированная система обработки информации, АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.

1.10Контрольные вопросы

1.Каковы методы выращивания кристаллов?

2.Как производится вольфрамовая проволока?

3.Как изготавливается керамика?

4.Каковы методы получения стекла?

5.Каковы методы получения порошков?

6.Как получают слоистые материалы?

7.Как выглядит общая схема очистки материалов?

8.Каковы методы получения наноматериалов?