Реферат: Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники
МИФИ
Факультет «Ф»
Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники
ИвановЭдуард Валериевич
______________
Консультант
ПетровВ.И.
1998
Введение.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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 .
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Большинство используемых в настоящее времяматериалов создано в результате исследований, основанных на экспериментально найденных закономерностях.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Техника получения монокристаллов германиявысокой чистоты разработана в настоящее время достаточно надежно и обеспечиваетвыпуск монокристаллического германия в промышленном масштабе.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Получениеполупроводников
.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Историческитак сложилось, что первоотцом микроэлектороники является кремний
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; font-weight:normal"> <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US"> В природекремний в основном встречается в виде оксида кремния <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">(I<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">V<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">)<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> SiO<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">2 <span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">( <span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">песок, кварц <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">), а также в виде силикатов. Схема получения силикатов представлена на рисунке 1.<img src="/cache/referats/3272/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1027">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">Рисунок 1.
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> Неменее неободим в микроэлектронике и германий. Эти два полуприводника почти вравной степени используются в микроэлектронике.
<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> Общимметодом получения кремния и германия высокой степени чистоты является методзонной плавки. Этот метод ( схема метода зонной плавк приведена на рисунке №2)
<img src="/cache/referats/3272/image004.jpg" v:shapes="_x0000_s1028">
Рисунок2.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1– Загрязнённые кристаллы в цилиндрической трубке<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 2 – Плавлениекристаллов ( нагреватель – раскалённая спираль )
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 3 – Трубка медленно движется относительноспирали
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 4 – Вещество кристаллизуется послепрохождения зоны нагревания
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 5 – Примеси более растворимы в расплаве иконцентрируются в расплавленной зоне
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Внастоящее время...
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Дляполучения полупроводников с электронной проводимостью (
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US">n – <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">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 ( <span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">P<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"><span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">–типа<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> ) <span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">вводятсяакцепторные примеси, образующие уровни вблизи потолка валентной зоны.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
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:
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Courier New»">1.<span Times New Roman"">
издательство« Советская энциклопедия »
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Courier New»">2.<span Times New Roman"">
Издательствоиностранной литературы, Москва ( сборникпереводов ).
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Courier New»">3.<span Times New Roman"">
Издательство« Наука »
4. Журнал « Физика и техникаполупроводников » —
1997- 8
5. Проблемы современнойэлектроники –
1996– Сергеев А. С.
6. Начала современной химии — 1989-Рэмсден Э.Н.
издательство « Ленинград «Химия» »
7. Радиолюбитель – 1998-4
8. Современные достижения в микроэлектронике–
1998– издательство « РФСком »