Реферат: Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники

МИФИ

Факультет «Ф»

Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники

ИвановЭдуард Валериевич

______________

Консультант

ПетровВ.И.

1998

Введение.

Требованияк свойствам материалов по мере развития техники непрерывно растут, причёмподчас необходимо получить труднореализуемые либо даже несовместимые сочетания свойств. Это и порождает многообразие материалов. Возникают новыеклассы сложных комбинированных материалов. Материалыстановятся всё более специализированные .

Большинство используемых в настоящее времяматериалов создано в результате исследований, основанных на экспериментально найденных закономерностях.

К таким материалам, используемым вмикроэлектронике относится, германий, ещё недавно не находивший применения в технике. Стал одним из важнейшихматериалов, обеспечивающих развитие современной техники на одной из важнейшихпередовых позиций – техники полупроводниковых диодов и триодов.

Применение германия стало возможным, когдаего удалось практически нацело очистить от примесей. В полупроводниковойтехнике, важнейший и пока практически единственно области применения, германийпочти исключителен в виде монокристаллических слитков ультравысокой чистоты,содержание примесей в таком германии составляет только несколько миллионныхдолей процента.

Германий является рассеянным элементом иполучается в основном из отходов других производств. В последнее время одним изважнейших источников получения германия США и Англии становиться каменный уголь.Разработан ряд технологических схем получения германия из этого источника.

Техника получения монокристаллов германиявысокой чистоты разработана в настоящее время достаточно надежно и обеспечиваетвыпуск монокристаллического германия в промышленном масштабе.

Ничтожное содержание примесей (порядка 10 –10 %) резко изменяют электрические характеристики германия. Будучи намереновводимы в очищенный германий резко изменяют электрические свойства германия вблагоприятном направлении, улучшая его эксплуатационные характеристики.

В связи с этим, наряду с очисткой германия,возникли важнейшие проблемы легирования германия ничтожно малым количествомпримесей, контроля этих примесей, и изучения их взаимодействия между собой и сгерманием, изменением свойств германия в зависимости от состава и т.п.Важнейшее место в этих исследованиях должно занять изучение процессов диффузиипримесей германия, вопросов изменения свойств германия в зависимости от степенисовершенства монокристалла, от теплового воздействия и т.д.

Получениеполупроводников

Историческитак сложилось, что первоотцом микроэлектороники является кремний

. В природекремний в основном встречается в виде оксида кремния (IV) SiO2 ( песок, кварц ), а также в виде силикатов. Схема получения силикатов представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.

Неменее неободим в микроэлектронике и германий. Эти два полуприводника почти вравной степени используются в микроэлектронике.

Общимметодом получения кремния и германия высокой степени чистоты является методзонной плавки. Этот метод ( схема метода зонной плавк приведена на рисунке №2)

Рисунок2.

1– Загрязнённые кристаллы в цилиндрической трубке

2 – Плавлениекристаллов ( нагреватель – раскалённая спираль )

3 – Трубка медленно движется относительноспирали

4 – Вещество кристаллизуется послепрохождения зоны нагревания

5 – Примеси более растворимы в расплаве иконцентрируются в расплавленной зоне

Так жеочень чистые материалы можно получить методом осаждения ионов данного металлоидана катоде в расплаве ( но этот метод по своей сути очень похож на зонную плавку). В основном это расплавы сульфатов германия и оксидов кремния. Кстати впервыеэтот метод был использован при получении алюминия в девятнадцатом веке, чтопривело к колоссальному падению цен на этот металл, который до этого был ценнеезолота.

Внастоящее время...

Внастоящее, время проблема получения полупроводников высокой чистоты, менееактуальна чем раньше, т.к. технологии получения уже относительно давно отработаныи стоят на должном уровне. Ну а сейчас, ученые занимаются изучением оксидныхплёнок и их возможным применением в микроэлектронике и электронике в целом.

Основной проблемой полупроводников является их нагревание во время работы. Отмечено,что основной причиной, приводящей к деградации монокристаллов Si после нагрева,являются структурные преобразования, связанные с частичным превращениемалмазоподобного Si в кремний со структурой белого олова. Причиной этихпревращений, наблюдаемых при высоких давлениях, является возникновениемногочисленных очагов концентрации напряжений вследствие анизотропии тепловогорасширения различно ориентированных микрообъемов кристалла. В этих очагахвозможно достижение высоких давлений, необходимых для указанного фазовогоперехода. Высказано соображение, что предотвращение процесса структурныхпревращений, приводящих к деградации электрофизических свойств Si, возможнопутем легирования его переходными либо редкоземельными металлами, повышающимиэнергию межатомного взаимодействия и за счет этого уменьшающими коэффициенттермического расширения. Выбор легирующих добавок обоснован расчетами энергиисвязи и зарядовой плотности на основе системы неполяризованных ионных радиусов.

Дляполучения полупроводников с электронной проводимостью (

n – типа ) с изменяющейся в широкихпределах концентрацией электронов проводимости используют донорные примеси,образующие «мелкие» энергетические уровни в запрещённой зоне вблизи дна зоныпроводимости. Для получения полупроводниковс дырочной проводимостью ( P–типа ) вводятсяакцепторные примеси, образующие уровни вблизи потолка валентной зоны.

РАСПРОСТРОНЕНИЕ.

Основное распространение полупроводникиполучили в компьютерных микросхемах и чипах. Именно эта областьмикроэлектроники требует наибольшего количества кремния и германия, причемочень высокой чистоты. В данной отрасли микроэлектроники наряду с сверхчистымикремнием и германием, всё больше и больше применяются сверхпроводящие материалы.

Описанные выше методы, служат базой для современныхразработок в данной области.

Список используемойлитературы:

1.

издательство« Советская энциклопедия »

2.

Издательствоиностранной литературы, Москва ( сборникпереводов ).

3.

Издательство« Наука »

4. Журнал « Физика и техникаполупроводников » —

1997- 8

5. Проблемы современнойэлектроники –

1996– Сергеев А. С.