Реферат: Вплив легування цинком на властивості МОН-структур

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ“ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Інституттелекомунікацій, радіоелектроніки та електронної технікиКафедранапівпровідникової електронікиДИПЛОМНА   РОБОТА

Вплив легування цинком на властивості

МОН-структур.

Виконав:

Студент групи ФБЕ-61

Ревула Р.Л.

Науковий керівник:

ст.викл., Логуш О.І.

Консультант з економічної частини:

доц., Мороз Л.Г.

Консультантз охорони праці:

доц., Яцюк Р.А. ЛЬВІВ-2002

Зміст

Вступ

1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

1.1.  Методи вирощування плівок термічного SiO2.

1.2. Основні властивості диоксиду кремнію та меж розділу з напівпровідником таметалом.

1.3      .  Гетеруваннядефектів в технології напівпровідникових  приладів.

2.   МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ

2.1.Методика вирощування плівок термічного SiO2 з одночасним легуваннямв процесі росту.

2.2.   Визначення параметрів технологічного процесу.

2.3.     Методика дослідженнядефектності діелектричних плівок.

2.4.   Методика вимірювання  характеристик систем Si-SiO2.

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ.

3.1. Дослідження пористості плівок термічного SiO2.

3.2Взаємозв’язок структурної досконалості монокристалічної кремнієвої підкладки іплівокSiO2..

3.3.Гетеруюча дія цинку. Оптимізація технологічного процесу за концентрацієюдомішки..

3.4.  Електрофізичні характеристики структур.

Висновки.

4.     Охорона праці.

5.     Економічна частина.

Література.


ВСТУП

Використання напівпровідників велектроніці пройшло довгий шлях –  від першого детектора на кристалі сульфідусвинцю і до сучасної мікро ЕОМ, яка виконана на кремнієвій пластині, площеюменшою 1 см2. Такий результат досягнутий завдяки успіхам технології,яка, в свою чергу, спирається на фізичну електроніку. В наші дні розвитокелектроніки безперервно стимулюється успіхами в області фізики напівпровідниківі в області технології виробництва нових напівпровіднкових структур таоб’єднання їх у великі інтегральні схеми (ВІС).

Підвищення ступеня інтеграції ВІС тапов’язана з цим реалізація граничних розмірів елементів та, відповідно,граничних значень параметрів вимагає якісного вдосконалення практично всіхтехнологічних процесів створення схем. Зокрема, процес окислення повиненвдосконалюватися в напрямку зменшення товщини та дефектності шару оксиду.Перехід від топологічної норми 2 мкм до 0.5мкм вимагає зменшення товщини оксидувід 0.4-0.8 до 0.1 -0.4 мкм, а його пористості від 10 до 1 см-2.

Зі сказаного очевидно, що виробництвовеликих і надвеликих ІМ представить підвищені вимоги до якості вихіднихматеріалів. Водночас, зберегти властивості навіть ідеального злитку в реальномутехнологічному процесі неможливо, так як в кремній вносяться домішки івиникають дефекти. Щоб зменшити вплив цих домішок і дефектів на параметри інадійність мікросхем, в технологічні маршрути вводять спеціальні операціїгетерування, завдяки чому вдається зберегти якість робочих областей приладу назаданому рівні. 

Вирощування легованих плівок SіO2, як відомоз літератури [1], є одним з методів модифікації електричних параметрів як окремих елементів, так і схеми вцілому. Причому, в залежності віднеобхідності досягнення заданих параметрів приладу використовують для легуванняяк стандартні, так і нетипові домішки кремнію. Рівні легування використовуютьтакож різні: від найменших до суттєвих, аж до утворення елемент силікатногоскла. На даний час процес впливу домішок на характеристики МДН-структурдосліджений недостатньо.

Домішки можуть створювати під дієюзовнішніх факторів,зокрема радіації, різні типи радіаційно активних дефектів, які будуть приводитидо деградації параметрів приладів. Без всебічного дослідження впливу легуванняна електрофізичні параметри структур, а також їх модифікації під дією зовнішніхфакторів неможливе забезпечення стабільності та довговічності роботи приладів.

Впровадження методів домішковогогетерування також неможливе без дослідження впливу легування на електрофізичнівластивості структур.

Метою цієї дипломної роботи євсебічне дослідження зарядових характеристик та параметрів розподілуМОН-структур з легованим в процесі гетерування дефектів шарів SіO2та структур в цілому.

Для дослідження вказаних параметріввибрані стандартні методи С(V) і C(t)–характеристик.


1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД1.1.    МЕТОДИВИРОЩУВАННЯ ПЛІВОК ТЕРМІЧНОГО SіO2.

Термічне окислення кремнію здійснюється в системахпроточного типу в атмосфері, що містить кисень, вуглекислий газ, пари води з використаннямв якості транспортуючих газів аргону, водню, кисню, або в замкнутих системахпри високому тиску окислювача.

Головна відмінність між окисленням впарах води і в сухому кисні полягає в тому, щодифундуючоюкрізь плівку окислу речовиною є невода, а молекули або іони кисню і гідроканальнихгруп. Дослідження з допомогою звичайної методикимічених атомів продемонструвало, що ріст окислу здійснюється не на межі газ — оксид, а на межі окисел — кремній. [2].

Кінетика окислення в області низьких температур обумовлюється найчастіше недифузією кисневих іонів, а швидкістю реакції намежі розділу. Відхилення від параболічного закону вбік лінійності спостерігається при температурах нижче 1300 К.

Установка для окислення в сухому кисні зображена нарис.1.1. Як осушувач можна використовувативиморожуючу пастку, хімічний поглинач або інший пристрій, що дозволяє знизити вміст вологи вкисні до точки роси — 200 К. Фільтр служить для видалення частинок розміром 0.5мкм і вище.

Криві окислення при таких умовахвиглядатимуть, як на рис.1.2. [3]. У високотемпературній області експериментальнідані добре узгоджуються одне з одним, в низькотемпературній — спостерігаєтьсявеликий розкид. Отримані в області високих температур результати добре описуютьсяпараболічним рівнянням:

x2 = 21. 2 t ехр(-1. 33/Т)= t×10(1. 326-6100/T)        (1),

де:     х — товщина плівки, нм,          t — часокислення, хв, Т — температурапроцесу, К.

/>


        

    О2

                                                                                                          4

                                                                                                                  

Рис. 1.1. Окислення в сухому кисні:1-осушувач;2 – фільтр;

2         />
– піч для окислення; 4– термопара.

Рис. 1.2. Окислення в сухому кисні при тиску 1 ат.

/> <td/> />
Рис. 1.3. Ріст оксидукремнію у вологих газах.

Висока енергія активації, характерна для окислення в сухому кисні, відображає міцність зв’язків кисневихіонів в окислі. Про це свідчить також енергіяактивації дифузії киснюв кварці.

Установка для окислення кремнію в вологому кисні — цесистема, в якій сухий кисень із балону спочатку пропускаєтьсячерез барботер, а потімнадходить до печі для окислення. Вміст вологи в потоці газу визначається температурою барботера та швидкістю потоку.Оскільки окислення в водяних парах відбуваєтьсянабагато швидше, ніж в сухому кисні, вміст вологи в потоці газу-носія є найважливішим фактором, що зумовлює швидкістьокислення при заданих значеннях часу татемператури. Майже по всьому діапазону типових значень температуриводяної бані заміна кисню інертним газом-носієм не впливає суттєво на ріст окислу, хоча, як видно з рис. 3, притемпературі водяної бані 300К склад газу-носія може відчутно впливати на швидкість росту [3].

Тут, як іпри окисленні в парах води, необхідний підігрів магістралей, що з’єднують водяну баню з реактором. Бажана такожфільтрація газу-носія, хоча пробулькування газу через воду саме по собіздійснює на нього фільтруючу дію, відкидаючибільшість частинок, що захоплюються, як правило, субмікронними фільтрами.

Головна відмінність окислення в вологому кисні відпроцесу, який протікає в сухому кисні, або в парахводи, полягає в легкій зміні концентрації окислювача. При окисленнів потоці водяної пари окислювачем є вода при парціальному тиску 1 атм,при окисленні всухому кисні — кисень при тиску 1 атм. В установці для окислення у вологому кисні, як окислювачвикористовується суміш води і кисню, причому співвідношення цих компонентів припускає зміни. В принципі можна змінювати швидкістьокислення від величини, що відповідає 100% вмісту кисню, до величини, що відповідає 100% вмісту води. Застосувавши аргон або азот якгаз-носій та знизивши температуру барботера до 290 К, досягнемо меншої швидкості окислення, ніж в сухомукисні. Практично температура барботера буває не нижчою від кімнатної, а потік газу-носіяскладає не менше 200 см /хвдля реактора діаметром 150 мм.

При окисленні у вологому кисні при температурі 1300 К величина константи параболічногорівняння швидкості знаходиться між відповідними значеннями для окислення в сухому кисні (3.6 х 10-4мкм2/хв) та для окислення в парах води (99 х 10-4 мкм2/хв). Величина константишвидкості залежить від парціального тиску водяних парів. Значення констант незмінюються при зміні потоку газу від 30 до 200 см3/хв, щосвідчить пронасиченнягазу-носію протягом всього процесу окислення. Різниця між константами швидкостів атмосфері інертного газу або киснюприблизно дорівнює константі швидкостіокислення в сухому кисні (3.6х10-4мкм2/хвпри 1400 К).

Енергія активації окислення ввологому кисні зменшується зі збільшенням концентрації парів води, що пов’язано з різницею між швидкостямипотоку кисню, а також з різними температурними діапазонами процесів окислення.Енергія активації знаходитьсяв діапазоні від 0.8 еВ для водяної пари до 133еВ, що відповідає сухому кисню.Експериментально знайдені значення складали 1.6еВ при окисленні в вологому аргоні при температурібарботера 290 К [4].

Легування плівок диоксиду кремнію найкраще здійснювати в процесі росту.При цьому легуючу домішку необхідно вводити в реактор в вигляді пари. Легуванняплівок має свої відмінності при їх вирощуванні в “вологих” та “сухих”процесах[5].

При вирощуванні плівок в атмосфері вологого киснюдомішку цинку найкраще розчиняти в приготовленому для барботування розчині. Яквихідна речовина при цьому використовується хлорид цинку.

Незважаючи на те, що згадана сільнадзвичайно гігроскопічна, при розчиненні у воді спостерігається помутніннярозчину при гідролізі пов’язане з наявністю в ньому завислих комплексів, всклад яких входять не розкладені на іони молекули ZnCl2. Хлоридцинку повністю розчиняється у воді при надлишку іонів хлору. Тому, для повногорозчинення солі у воді, розчин ZnCl2 необхідно титрувати соляноюкислотою до повної прозорості, або відфільтровувати завислі комплекси черезмікропористий фільтр.

Як згадано в  [6,7] для барботуваннявикористовується вихідний розчин хлориду цинку концентрації 1 — 3%, або, примиттєвому випаровуванні розчину в реакторі, 0,001 -  0,025% розчин. В цьомувипадку готується вихідний 1% розчин ZnCl2, який потім розводитьсядеіонізованою водою до необхідної концентрації. Миттєве випаровуванняпопередньо приготованого розчину здійснюється шляхом введення його в реактор черезкапіляр з витратою 10 мл/хв.

1.2.    Основні властивості диоксиду кремнію та меж розділу знапівпровідником та металом.

Улітературі щодо властивостей кремнію наводяться різні конкретні значеннявеличин параметрів, що характеризують властивостей оксидів кремнію. Очевидно,що ці залежать від експериментальних умов вирощування оксиду. Наприклад.Коефіцієнт заломлення плівок оксиду, вирощеного в сухому кисні, зменшується іззбільшенням температури, досягаючи постійного значення  1.4620 при температурівище 1190 °С. Швидкість травлення  термічних оксидів прикімнатній температурі в HF (4.9%) складає 100 нм/хв і змінюється залежно відтемператури та концентрації травника. Крім того, швидкість травлення залежитьвід густини оксиду та від температури окислення.

В тонких оксидних плівках значно впливає навластивості окислу межа розділу фаз.

Здатність шару SiO2служити локальним маскуючим покриттям при дифузії атомів легуючої домішки припідвищених температурах – дуже корисна властивість для технології  формуванняІС. В процесі маскування поверхні кремнію від дифузії домішки, оксидперетворюється в склоподібну фазу – так зване домішковосилікатне скло.

Значення дифузійних констант длярізних легуючих домішок в SiO2 від концентрації домішок,властивостей та структури SiO2.

Найчастіше для створення в кремніюобластей з провідністю n-типу застосовують Р, Sb та As, а для формуванняобласті з провідністю р-типу – В. ці домішки мають малі коефіцієнти дифузії воксиді, тому оксид може застосовуватись для маскуванні при дифузії домішки вкремнію. Що стосується галію та алюмінію, то при їх використанні застосовуватиокисел кремнію для маскування не можна. Найчастіше плівки оксиду, щовикористовують для маскування традиційних домішок в стандартних технологічнихпроцесах формування напівпровідникових приладів, мають товщину 0.5-0.7 мкм.

1.2.1. Заряд вокислі.

Межа розділу Si-SiO2 єперехідною областю між кристалічним кремнієм і аморфним кварцевим склом, якщодо положення атомів, так і щодо стехіометрії. Різні за природою заряди тапастки носіїв супроводжують термічно окислений кремній, частина з них зв’язаназ перехідною областю. Заряд на межі розділу може індукувати заряд протилежноїполярності в розташованій під нею області кремнію, впливаючи на і деальністьхарактеристик МОН-приладу та цим самим на вихід якісних виробів і їхнадійність.

На рис. 1.4. показані основні видизарядів, зв’язаних  з оксидом. Вони записуються:

N=Q/q,

де Q(Кл/см2) –результуючий ефективний заряд на одиницю площі на межі розділу – Si-SiO2;N (см-2) – результуюче число зарядів на одиницю площі на межірозділу Si-SiO2; q – заряд електрона.

Заряд поверхневих станів -  це заряделектронних станів, що локалізовані на границі розділу SI-SiO2  іенергія яких лежить в глибині забороненої зони напівпровідника. Ці поверхневістани (їх називають також швидкими) можуть досить швидко перезаряджатися,обмінюючись електронами (дірками) з кремнієм. Поверхневі стани зумовленінадлишковими атомами кремнію, надлишковим киснем або домішковими атомами.Основною причиною виникнення цих станів є те, що сама межа розділу є порушеннямпросторової періодичності кристалічної решітки. В сучасних МОН-структурах, якіотриму­ють шляхом термічного окислення кремнію, більша частина поверхневогозаряду ней­тралізується в процесі низькотемпературного відпалу (450 °С) ватмосфері водню. В кращих зразках величина Nit не перевищує 1010см-2, що відповідає одному захопленому заряду на кожні 105атомів межі розділу.

Поверхневі стани вважаютьсядонорними, якщо, віддаючи електрон, вони стають нейтральними або позитивнозарядженими. Акцепторними називають поверхневі стани, які стають нейтральнимиабо негативно зарядженими, захоплюючи електрон.

Еквівалентна електрична схемаМОН-структури, що враховує вплив поверхне­ва станів, показана на рис.2.2.

На цьому малюнку Сi і Сdємності ізолятора та збідненого шару напівпровідника. Еквівалентна ємність Сs,і еквівалентний опір Rs, залежать від поверхневого потенціалу іописують перезарядку поверхневих станів. Добуток СsRs,визначає час релаксації заповнення поверхневих пасток та залежність процесуперезарядки поверхневих станів. Па­ралельні гілки електричної схеми на рис. 2.2можна показати в вигляді залежної від частоти еквівалентної ємності:

Cp=Cd+Cs/(1+wt2),t

 включеної паралельно з провідністю:

Cp/w= Cswt/(1+w2t2),

де t=СsRs.

Активна та реактивна складові повноїкомплексної провідності еквівалентах схем, показаних на рис. 2.2 :

Yig=Gin+jw×Cin,

 визначаються виразами:

Gin=w2CstCi2/[Ci+Cd+Cs)2+w2t2(Ci+w2t2(Ci+Cd)2],

Cin=Ci{Cd+Cs[(Ci+Cd+Cs)2+w2t2Cd(Ci+Cd)]/[( Ci+Cd+Cs)2+w2t2Cd(Ci+Cd)]}/

[(Ci+Cd+Cs)…

Для визначення величини заряду,захопленого на поверхневі пастки, можна використовувати вимірювання вхідноїємності МДН-структури та вимірювання ЇЇ вхідної провідності. Метод провідностідозволяє точніше визначати густину поверхневих станів. Це особливо важливо придослідженні МОН-структур з відносно малою (~1010 см-2еВ-1)густиною поверхневих станів. Перевага ємнісних методів полягає в тому, що з їхдопо-

могою можна порівняно легко визначитизсув напруги плоских зон та величину повного захопленого заряду Оit.

На рис. 2.2 проілюстроване витягуванняС-V-характеристики МОН-структури за рахунок поверхневого захопленого заряду.При високих частотах (wt>>1) заряд на по­верхневих станах не встигає зазмінами тестуючої напруги. В цьому випадку вираз для значення С набуде вигляду:

С=Сi×Cd/( Сi+Cd) (Ф/см2).

Високочастотна вольт-фарадна залежність МОН-структури,в яку не входить

ємність поверхневих станів Сsзображена на рис.2.2 штриховою лінією. Але і в цьому ви­падку поверхневі станивпливають на форму вольт-фарадної характеристики, зсовуючи ї вздовж осі напруг.При наявності зв'язаного поверхневого заряду вимагається відповідне збільшеннязаряду на металі.

По формі високочастотноївольт-фарадної залежності густина поверхневих станів визначаеться за допомогоювиразу:

Dit=Ci[(dBs/dV)-1-1]/q-Cd/q(см/еВ)

Фіксований заряд в окислі Qf(звичайно додатній) розміщений на відстані ~3 нм від межі розділу Si-SiO2.Він не може збільшуватись або зменшуватись. Густина його знаходитьcя вдіапазоні від 1010 до 1012 см-2 та залежитьвід режиму окислення і умов відпалу, а також від орієнтації підкладки.Виникнення Qf пов'язане безпосередньо з самим процесом окислення.

/>

Рис. 1.2.3. Зміна С-V-кривих підвпливом заряджених поверхневих станів.

/>

Рис. 1.2.4. Зсув С-V-кривих вздовжосі напруг, зумовлений

додатнім або від'ємним фіксованимзарядом оксиду:

а) для напівпровідника р-типу;

б) для напівпровідника n-типу.

Припускається, що фіксований заряд Qfзумовлений або надлишковим (тривалентним) кремнієм, або надлишковим (незв'язаним із загубленим одним електроном) киснем в приповерхневому шарі SiO2. При аналізі електричних характеристик МОН-структур фіксований заряд Qfможна розглядати як заряджений шар, локалізований на межі розділу Si-SiO2.

На рис.1.2.4 приведені високочастотнівольт-фарадні залежності, зсунуті вздовж осі напруг в результаті наявностідодатнього або від'ємного фіксованого заряду Qf на межі розділу.Положення цих кривих характеризує так званий зсув напруги плоских зон,визначеннй по відношенню до С-V -характеристики ідеальної МДН-структури з Qf=0.

Незалежно  від типу провідностіпідкладки позитивний заряд Qf зсуває С-V-характеристику в біквід'ємних напруг зміщення, а від'ємний заряд Qf — в бік додатніх.

   Характер впливу фіксованого зарядуQf на С — V -характеристики можна легко пояснити за допомогою рис.1.2.5., де умовно показаний «поперечний переріз» МОН-структури зпозитивним Qf при негативній напрузі зміщення.

Для повної електронейтральностіструктури необхідно, щоб кожний від'ємний заряд на  ії металічному електродікомпенсувався рівним за величиною та протилежним за знаком   зарядом вдіелектрику або в напівпровіднику. В ідеальній МДН-структурі Qf = О,та ця компенсація здійснюється тільки за рахунок заряду іонізованих донорів взбідненому шарі напівпровідника. В реальній МОН-структурі з позитивним Qfчастина зарядів на металічному електроді компенсується фіксованим зарядомокисла, що приводить до відповідного зменшення глибини області збіднення впорівнянні з ідеальною.

МДН-структурою при цій же напрузізміщення. Оскільки глибина області збіднення зменшується, вся С — V -кривазсувається по відношенню до ідеальної в бік від'ємних напруг при від'ємних QfС -V — в протилежному напрямку. Абсолютна величина цього зсуву:

D Vf=Qf/Ci.

Заряд, захоплений в шарі окислу, Q0t,приводить до зсуву С-V-характсристик МОН-структур. Цей заряд зумовленийструктурними дефектами в шарі окислу. Пастки в окислі, як правило, нейтральні,але можуть заряджатися, захоплюючи електрони та дірки. На рис. 1.2.6 зображеназонна діаграма розподілу заряду, електричного поля та потенціалу  вМОН-структурі, що містить як фісований заряд, так і заряд, захоплений в окислі.Зсув напруги, зумовлений зарядом, захопленим в окислі, записується у вигляді:

DV0t=Q0t/Ci=1/Ci[1/d/>xr0t(x)dx],

/>

Рис. 1.2.5. Вплив фіксованого зарядуокислу на властавості МДН-структур.

/>

Рис. 1.2.6. МДН-структура зфіксованимта захопленим в оксиді зарядами:

а) зонна діаграма;

б) розподіл заряду;

в) електричне поле;

г) потенціал.

Де  Q0t  -  ефективнаповерхнева густина цього заряду, приведена до одиниці площі межі розподілуSi-SiO2;  r0t -  істинна об'ємна густина заряду, захопленого в окислі.

Результуючий зсув напруги плоских зон  DVfb, зумовленийвсіма компонентами зарфду в окислі:

DVfb=DVf+DVm+DV0t=Q0/Ci,

де Q0= Qf+ Qm+ Q0t — сума відповідних ефективних зарядів на одиницю площі роз­поділу Si-SiO2.

В ідеальній МДН-структурі різницяроботи виходу електрона з металу і напівпровідника дорівнює 0:

 jms=jm-(x+Eg/2q-yb).

Якщо ця різниця відмінна від 0, а крім того, вдіелектрику МДН-структури присутній заряд Q0, С-V-характеристикиреальної МДН-структури будуть зсунуті вздовж осі напруг відносно ідеальної С -V-кривої на величину:

Vfb=jms — Q0/Сi=jms-( Qf+ Qm+ Q0t)/Ci,

що називається зсувом напруги плоских зон.

Встановлено, що ширина забороненоїзони SiO2 приблизно дорівнює 9 еВ, а спорідненість до електрону qXi=0.9еВ. Робота виходу з металу в МОН-структурах |звичайно визначається зарезультатами фотовідклику або вольт-фарадних характерик.

Висота енергетичного бар'єру на межіSi-SiO2 практично не залежить від кристалічної орієнтації підкладки(в межах похибки 0.1еВ)

Різниця робіт виходу ms може складативідчутну міру спостережуваного зсуву напруг плоских зон МОН-структури, і томуїї необхідно враховувати при оцінках величини фіксованого заряду окисла зазсувом С-V -характеристик.

/>1.3. ГЕТЕРУВАННЯ ДЕФЕКТІВ В ТЕХНОЛОГІЇ НАПІВПРОВІДНИКОМ ВИХПРИЛАДІВ.

Однією з найважливіших задачнапівпровідникової електроніки є забезпечення високої міри чистоти тадосконалості кристалічної структури напівпровідникових ма­теріалів, щовикористовують для виробництва дискретних приладів та інтегральних мікросхем.

Сучасна технология забезпечуєотримання практично бездислокаційних монокристалів напівпровідників. Але прицьому різко зростає роль точкових дефектів-вакансій, домішкових атомів та їхкластерів. При відсутності дислокацій, що є стоком для точкових дефектів, вході технологічного процесу виготовлення приладів відбувається постійнезбільшення концентрації вакансій та небажаних домішок натрію, калію, міді,золота та ін., в напівпровідниковому матеріалі. Наявність точкових дефектів іїх кластерів приводить до погіршення характеристик напівпровідниковогоматеріалу, дегра­дації параметрів приладів, сприяє утворенню структурнихдефектів при термічній об­робці.

Для уникнення небажаного впливуточкових дефектів розроблені методи, що дозволяють нагромаджувати їх внеробочих ділянках пластин або взагалі виводити їх з пластин напівпровідника.Процес виводу та дезактивації дефектів прийнято називати гетеруванням. Цейтермін вперше введений Готцбергом і Шоклі по аналогії з геттером в ва­куумнихлампах, що використовується для зняття слідів залишкових газів при отриманнівисокого вакууму. В застосуванні до напівпровідникової технології підгетеруванням розуміють:

• очистку об'єму напівпровідника відшвидкодифундуючих домішок;

• попередження утворення центрівзародження структурних дефектів;

• скорочення раніше утворенихструктурних дефектів шляхом спрямованого руху точ­кових дефектів.

Для гетерування дефектів необхіднозабезпечити рухливість точкових дефектів, звідси будь-який метод гетеруваннявключає термообробку, температура та тривалість якої достатні для дифузіїточкових дефектів із областей пластини, де формуються при­лади, в областьгетера. Існуючі методи можуть бути умовно розділені на три основні групи, вяких гетерування здійснюється за допомогою:

• шару напівпровідникового матеріалуз порушеною кристалічною структурою;

• нанесеного гетеруючого шару;

• термообробки в спеціальномусередовищі.

Одним з методів термообробки вспеціальному середовищі є термічне окислення кремнію в хлормісткому середовищі,

Відомо, що додавання незначноїкількості (0.1%...6%) хлору або його сполук в окислюючу атмосферу приводить дозменшення заряду і дефектів в окислі, зниженню густини поверхневих станів намежі поділу кремній-діоксид кремнію, підвищенню про­бивної напруги тастабільності МОН-струкгур і т.ін.

Крім покращення властивості окислупри “хлорному" окисленні відбувається значне покращення властивостейкремнію, на декілька порядків зростає час життя не­основних носіїв, зменшуєтьсякількість дефектів пакування, покращуються параметри напівровідниковихприладів.

Вивчення механізму гетерування при«хлорному» окисленні засвідчило, що покра­щення параметрів кремнію тавиготовлених з нього приладів пов'язане з нейтралізацією небажаного впливудомішок лужних, перехідних та важких металів, які, взаємодіючи з хлором, абовилучаються з поверхні кремнію у вигляді летючих сполук, або перетво­рюються внейтральні комплекси, що вже не впливають на характеристики приладів. Домішкизолота та металів платинової групи важко гетеруються хлормісткою атмосфе­рою,що, напевно, пов'язано з термодинамічною нестабільністю хлоридів при високихтемпературах.

Застосування хлору та хлористоговодню при термічному окисленні ускладнюється через високу реакційну здатністьцих реагентів. Тому досліджувалась можливість їх заміни іншими, менш хімічноактивними газами, наприклад трихлоретаном, чотирихлористим вуглецем,трихлоретиленом, що за своєю дією на окисел подібні до хлору або хлористоговуглецю. Найефективнішими та безпечними в експлуатації є трихлоретан татрихлоретилен. На рис.1.3.1. показана схема установки для окислення пластин звикористанням трихлоретилену. При високій температурі трихлоретиленрозпадається з утворенням цілого ряду продуктів:

4С2HCl3+9O2× 2Н2О+6Сl2+8CO2

2H2O+2Cl2×4HCl+O2

Наявність води в продуктах піролізутрихлоретилену приводить до збільшенняшвидкості росту окислу, а присутністьхлору і хлористого водню забезпечує гетерування  домішок металів.

Експериментально встановлено, щоокислення з добавками трихлоретилену покращує параметри МОН-структури, знижуєструми втрат діодів, зменшує густину та розмір окислювальних дефектівпакування, причому збільшення концентрації трихлоретилену приводить дозменшення розмірів дефектів пакування, особливо помітному при високійтемпературі окислення

/>

Рис. 1.3.1. Схема установкитермічного окислення кремнієвих пластин:

1 -пластини; 2-барботер; 3 — термостат; 4 — реакційна камера.

 (рис. 1.3.2). При певномуспіввідношенні температури окислення та концентрації трихлорстилену можнаповністю уникнути появи   утворення окислювальних дефектів пакування (рис.1.3.3.).

Додавання невеликої кількостітрихлоретилену дозволяє погасити утворення окислювальних дефектів пакування нелише в процесі «хлорного» окислення, а й при наступному звичайномуокисленні в сухому кисні після зняття «хлорного» окислу. Цебезпосередньо вказує на те, що в процесі обробки в хлормісткому середовищівідбувається гетерування центрів зародження дефектів пакування.

Одним із методів гетерування дефектівв плівках SiO2 на поверхні кремнієвої пластини є введення в ядрадислокацій домішкових атомів, що гальмують рух дислокацій під дієютермомеханічних навантажень в процесі росту оксидної плівки. В цьому випадкунезавершені зв'язки дислокацій та підкладки заповнюються валентними електронамидомішкових атомів, в результаті чого зменшується рухливість дислокацій та гальмуєтьсяодин із механізмів утворення пор в плівках SiO2.

/>

Рис. 1.3.2. Залежність розмірівокислюваних дефектів упаковки від витрат азоту, який пропускають через барботерз трихлоретиленом:

1 — температура окислення 1373 К,тривалість окислення 1 год.;

2 — температура окислення 1373 К,тривалість окислення 2 год.;

3 — температура окислення 1473 К,тривалість окислення 15 хв.;

4 — температура окислення 1473 К»тривалість окислення 1 год.

/>

Рис. 1.3.3, Залежність температури окислення, при якійвідсутні окислювані дефекти упаковки, від співвідношення концентраційтрихлоретилену та кисню в окислюваній атмосфері.

Висновки та постановказавдань  досліджень.

Сучасний рівень щільності пакуванняелементів ІС вимагає високої суцільності плівок у взаємозв'язку з необхіднимиелектрофізичними параметрами елементів та їх стабільнісію. Це вимагає розробкинових і вдосконалення відомих технологічних процесів виготовлення ІС, якідозволили б забезпечити; необхідний рівень Їх якості. Зокрема, як видно злітературного огляду, один з напрямків вказаних робіт — це розробка івсестороннє дослідження методів гетерування дефектів матеріалів електронноїтехніки, які є складовими частинами ВІС.

Методи домішкового гетерування насьогодні є на стадії досліджень і апробацій, хоча перші відомі з літературирезультати вказують на їх перспективу при використанні в області технологіїмікроелектроніки. Однак, впровадження їх у виробництво неможливе безоптимізаціі параметрів технологічного процесу за багатьма факторами, до складуяких входять: суцільність плівок, параметри ОПЗ, межі розділудіелсктрик-напівпровідник, зарядових характеристик діелектрика і вивченнявпливу на них зовнішніх умов які можуть проявлятися при роботі приладів. До нихвідносяться термопольові і радіаційні навантаження структур.

Метою даної роботи е оптимізаціяпроцесу домішкового гетерування дефектів плівок термічного діоксиду кремнію тавстановлення області концентрації домішки, яка забезпечила б йогонайефективніше використання.

Для досліджень найкраще вибратитрадиційні методи руйнуючого та неруйнуючого контролю параметрів МДН-структур,які пройшли широку апробацію не тільки в науко­вих установах, але й напідприємствах електронної техніки. Це, зокрема, відомі методи дослідженнясуцільності плівок і дислокаційної структури підкладки, вольт-фарадний таємнісно-часовий методи дослідження електрофізичних характеристик, якдіелектрика, так і межі розділу. Безумовно, достовірність результатівдосліджень підтвердили б дослідження параметрів структур післярадіаційно-термічної обробки, які дозволили б суттєво скоротити час оптимізащїтехнологічного процесу.

Завданням даного дипломного проекту є вивчення вищезгаданими методами впливу легування діелектрика і межі розділу нахарактеристики МОН-структур для  з’ясування можливостей їх покращення.

Завданнядосліджень дипломного проекту :

1.      Вивчити та засвоїти технологію одержанняМОН-структур з легуванням в процесі росту;

2.         Опануватиметоди вимірювання вольт-фарадних і фарадно-часових характеритик та розрахункуза ними основних параметрів МОН-структур;

3.         Вивчитивплив легування на характеристики структур;

4.         Зробитивисновки за отриманими результатами і оцінити можливість практичноговикористання структур з легованим діелектриком.


2. Методика експерименту

 

2.1. Методика вирощування плівок термічного SiO2 з одночасним легуванням в процесі росту.

 

Плівки диоксиду кремнію вирощували в стандартнійпроточній системі схема якої приведена на рис.2.

У цій установці передбачено окислення кремнієвихпластин, як за стандартною технологією в атмосфері сухого кисню та водяноїпари, так і окислення в середовищах, що містять домішки хлору та хлоридів, що,в свою чергу, дозволяє легувати плівки диоксиду кремнію в процесі росту. Длялегування плівок під час процесу “вологого” окислення  попередньо готувавсярозчин хлориду цинку в деіонізованій воді і заливався у барботер. Барботуванняпроводили киснем з витратою 200 л/хв, за рахунок чого в парогазове окислювальнесередовище потрапляв як окислювач, так і домішка. Однак, як показалидослідження, в процесі барботування концентрація вихідного розчину змінюєтьсяза рахунок різної швидкості випаровування розчинника та складових (іонів)розчиненої солі [10].

Навіть приготування вихідного розчинуZnCl2 в деіонізованій воді має свої особливості. Незважаючи нависоку гігроскопічність солі, в процесі гідролізу хлориду цинку спостерігаєтьсяпомутніння розчину, виділення нерозчинного осаду,  який знаходиться у зваженомустані. Після фільтрування розчину ми провели цикл досліджень його складувикористовуючи для визначення концентрації іонів цинку комплексометричний метод[11], а для визначення концентраціїіонів хлору аргентометричний метод [12]. З’ясовано, що для повного розчинення солі і отримання гомогенногопрозорого розчину необхідно, щоб молярне співвідношення іонів хлору до іонівцинку складало 1,012. Вказане співвідношення зберігалося для діапазонуконцентрацій ZnCl2 до 5% маси.

Тому доцільніше використовувати метод миттєвоговипаровування, що  полягає в подачі в реактор попередньо підготованого розчинута випаровування його в буферному циліндрі. Температуру буферного циліндравибирали значно вищою від температури кипіння як води, так і хлориду цинку, атеплоємність його суттєво перевищувала теплоємність розчину, що подається черезкапіляр. Тому випаровування проходить миттєво і його склад відповідає складугазової фази у реакторі.

При отриманні легованих плівок диоксидукремнію в середовищі сухого кисню, у буферний циліндр поміщали наважкупопередньо розрахованої маси оксиду цинку. В реактор подавалась суміш кисню тахлориду водню. Хлорид водню взаємодіяв з оксидом цинку за реакцією:

2HCl+ZnO=ZnCl2+H2O

Температура зони, в яку поміщалась наважка, обираласьвищою від температури кипіння хлориду цинку, тому продукти реакції були газамипри температурах технологічного процесу. Таким чином, процес окисленнявідбувався з одночасним легуванням плівки диоксиду кремнію введеною в реактордомішкою.

Температуру процесу окислення обирали та підтримувализа допомогою блоку регулювання та підтримування температур, яке здійснювалосяпропорційним інтегрально-диференціальним регулятором. Процесзавантаження-вивантаження  пластин в реактор тривав не менше 5 хвилин дляуникнення термоударів пластин та генерації при цьому дислокацій за рахуноктермомеханічних навантажень.

/>
Рис.2. Система СДО-125/3

1-крани;                                        9-буферний циліндр;

2-витратоміри;                           10-вхідний патрубок з капіляром;

3-трубопроводи;                              11-човникз Si-пластинами;

4-барботер;         12-блок живленнята регулювання

5-термостат;        температури;

6-парогенератор;                                      13-пристрійвводу-виводу пластин;

7-нагрівач;                                       14-пристрійкерування;

8-реактор;                                            15-завантажувальна камера.

2.2.  Визначення параметрів технологічного процесу.

Для проведення досліджень параметрів структур Si-SiO2необхідно отримати плівки заданої товщини, яка співрозмірна з товщиною діелектриканапівпровідникових приладів. Оптимізацію ефективності процесу гетеруваннянеобхідно проводити шляхом вивчення впливу концентрації легуючої домішки напараметри структур.

Для зменшення об’єму емпіричних досліджень вирощуванняплівок проведено розрахунок температурно-часових характеристик технологічногопроцесу отримання плівок SiO2 заданої товщини при різному складіпарогазового середовища в реакторі. В якості вихідних використали відомі злітератури [10] залежності швидкості росту оксидних плівок на монокристалічномукремнії в атмосфері або зволоженого кисню, або парах води з вмістом хлоридуводню, які найближчі до досліджуваного в даній роботі процесу гетеруваннядефектів плівок SiO2.  Це визначається тим, що в ньому в складокислювального середовища вводять хлорид цинку, тобто, він є, в якійсь мірі,аналогом відомого з літератури процесу хлорного окислення. Тому тут використанітакі стандартні рівняння:

1.        d2=4.16*103p1.6texp(-1.7/kT) – в парах води    (16);

2.        d=1.4*103p0.8texp(-1.7/kT) – в сухому кисні     (17),

де d – товщина плівки [нм];

t – час [с];

T – температура [К];

k – постійна Больцмана.

При розрахунках товщину плівки підзатворногодіелектрика задавали в межах від 50 до 150 нм. З умов проведення експериментузагальний тиск  в системі приймали рівним атмосферному. Температуру процесуокислення задавали в межах від 950 до  1100°С з кроком 50°С. Длярозрахунків використовували програмний пакет “Maple 6”.

Результати розрахунків приведені в табл. 1

2.3      Методика дослідженьдефектності діелектричних плівок.

Методи дослідження дефектності плівок розробляливиходячи з особливостей структури, кількості,  розмірів та розміщення дефектіву матеріалі. При чому, в залежності від характеристик об’єкту досліджень,методи досліджень суттєво відрізняються між собою [10].

В діелектричних плівках виробів електронної технікипори проявляються як поодинокі небажані дефекти. Пори в плівках мають, якправило, субмікронні розміри і безпосередньо не виявляються оптичнимиприладами. 

Методи дослідження дефектності, зокрема пористостідіелектричних плівок виробів електронної техніки описані в [10]. Проведемо їханаліз. За дією на об’єкт досліджень їх можна поділити на дві групи: руйнуючі інеруйнуючі. Суцільною рисою всіх методів є фіксація місця розміщення пори наповерхні і наступні металографічні дослідження.

Неруйнуючі методи:

а) одним з методів виявлення дефектних місць удіелектричній плівці на монокристалічній напівпровідниковій підкладці є“бульбашковий” метод: підкладку занурюють в електролітичний розчин і освітлюютьїї поверхню. До підкладки прикладають від’ємну напругу зміщення так, що впровідних місцях (електрично активних) утворюються бульбашки газоподібноговодню. Електроліт не повинен окислювати поверхню напівпровідникової підкладки.Як електроліти використовують 1-2% розчини лимонної або оцтової кислоти вдеіонізованій воді. Роль анода у електролітичній комірці виконує платиновийдріт. Контроль якості діелектричних плівок з допомогою методів, основаних навиділенні газоподібних продуктів електролізу з дефектних місць, проводитьсятакож при електролізі розчинів метилового і етилового спиртів, які містять 1%оцтової або сірчаної кислоти у деіонізованої води [15,16].

Виділення бульбашок водню з дефектних місць приелектролізі спиртових розчинів починається при напрузі 8-10 В. плавнепідвищення прикладеної напруги приводить до виявлення менших за розмірами пор ізбільшення їх густини, але при напрузі більшій 30 В відбувається інтенсивневіялоподібне виділення водню у електроліті, що робить неможливим реєстрацію івизначення істинної густини дефектів.

Електроліз супроводжується виділенням водню напластині–катоді у місцях дефектів і кисню на аноді. В реальному випадку зарахунок впливу поляризації електроліту і типу електродів для розкладеннядеіонізованої води необхідно прикладати напругу 2,1-2,6 В. Розроблена комірка,яку застосовували для вивчення електрохімічних процесів виділення бульбашок, вякій їх реєстрували на поверхні діелектричної плівки в дефектних місцях після2-3 хв. електролізу при напрузі 4-6 В. Продовження електролізу веде дозбільшення бульбашок за розміром і у випадку їх утворення над дефектами великихрозмірів – до віддалення від поверхні, тому підрахунок густини бульбашокпроводиться після вимикання або зниження напруги. Роздільна здатність цьогометоду складає 40-60 мкм.

б) зручнішим для аналізу дефектності  діелектричнихплівок є метод, який полягає у використанні спеціального електроліту, до складуякого входять:  сірчанокисла мідь – 5 г/л; желатин – 5 г/л; деіонізована вода –1л [13,14].

Суть методу полягає в наступному. При подачі напруги зобласті пори на пластині-катоді відбувається електрофоретичне виділення водню врезультаті електролізу. Процес проводять при напрузі 10-50 В. Бульбашки воднюпокриті плівкою желатину, армованою міддю, що забезпечує високу міцність плівкиі добре зчеплення з поверхнею діелектрика. Висока чутливість (біля 0.1 мкм)методу забезпечується тим, що електроліз води йде не на кремнії, а на міді, якаосідає у порі і виходить на поверхню плівки. Вказаний метод ми використовувалидля дослідження наших об’єктів.

/>


Рис 2.3.1. Схема установки.

Руйнуючі методи:

а) Анодне травлення використовується для виявленнядефектів в підкладці з полікристалічного кремнію [15] і має переваги хімічноготравлення і методу наведення струму. Електролітична комірка складається зпластмасової склянки з електролітом, в який занурюють катод з платинового дротуі зразок – анод, закріплений на металевому стержні. Електролітом служить розчинплавикової кислоти концентрації 1-10%. Напруга живлення від джерела постійногоструму регулюється в межах від 0.5 до 20 В. Оптимальне розтравлення дефектівспостерігали в області потенціалів між 0.7 і 2 В. Встановлено, що характер травленнядефектів в кремнії р-типу залежить від прикладеної напруги; при дуже низькійнапрузі травляться дефекти, які класифікують за методом наведеного струму як“електрично активні”, при збільшенні напруги травлення стає подібним дохімічного, але зростає чутливість до дефектів (видно дефекти, які не завждипроявляються при хімічному травленні); анодне травлення – метод виявленнядефектів в будь-яких напівпровідниках р- і n-типу провідності, здатний повністюзамінити методи хімічне травлення і наведеного струму.

б)Хімічне травлення в травниках, що містять плавиковукислоту (НNO3:HF: CH3COOH) приводить як до зменшення товщининарощеної плівки, так і до розтравлення її в місці пори до розмірів, достатніхдля спостереження під мікроскопом.

Характерно, що при обробці поверхні у вказаномутравнику розтравлюється також поверхня кремнієвої пластини під порою, щодозволяє встановити точне положення пор на пластині.

Апробація вказаного методу для наших об’єктівдосліджень показала, оптимальний час травлення у вказаному травнику прикімнатній температурі складає 5-7 хвилин. При цьому пори можна спостерігати підмікроскопом при збільшенні х100 (рис. 2.3.2.)

 

/>

Рис. 2.3.2 Вид поверхні кремнієвої пластини післяселективного травлення. (Ділянки темного фону розміщені строго під порами уплівці.)

2.4. Методика вимірювання вольт-фарадних характеристиксистем Si-SiO2

МДН-структура є сформованим конденсатором.  Длядослідження їх електрофізичних характеристик широко використовується методвольт-фарадних характеристик (ВФХ), в основі якого лежить вивчення залежностіпоперечної диференціальної ємності МДН-структури (Сс) від зовнішньоїнапруги, прикладеної між підкладкою і верхнім електродом (U). Зміна Ссвикликана модуляцією зовнішньої напруги ємності приповерхневої областіпросторового заряду напівпровідника [16].

Еквівалентом вимірювання низькочастотної ВФХ є такзваний квазістатичний метод. Якщо до елементарного кола, що складається зрезистора і конденсатора, прикладати напругу, лінійно зростаючу з часом  Uc=at(де а звичайно складає 0.05 – 0.2 В/с),  то струм в цьому колі будепропорційний ємності. Схема установки для знімання  квазістатичних ВФХприведена на рис.2.4.1. [17]

Знімати ВФХ краще в напрямку від інверсії дозбагачення. Для вибору початкової робочої точки генератор пилоподібної напругиз’єднують послідовно з джерелом постійної регулюючої напруги. Тоді Uc=В+аt.Вибір полярності напруг залежить від типу провідності підкладки і знакуповерхневого заряду.

Високочастотною (ВЧ) вважається така область частот,при якій можна знехтувати вкладом у ємність МДН-структури, ємності інверсногошару (С1) і ємності поверхневих станів (Сss). Умовивисокочастотності записуються:

Rpb>>1/wCd, Rhs>>1/wCd.

Апаратура для вимірювання високочастотних ВФХрозрізняється за методом вимірювання ємності, методом вимірювання зміщення наМДН – структурі (Uc), методиці фіксації і методом обробкирезультатів.


/>


                              

                  

         

11

Рис. 2.4.1. Схема установки для вимірюванняквазістатичних ВФХ.

1 – джерело пилоподібної напруги; 2 – електрометричнийпідсилювач.

/>


Рис. 2.4.2. Схема установки для вимірюваннявисокочастотних ВФХ:

1 – джерело зміщення МДН-структури; 2 – ВЧ-генератор;3 –резонансний підсилювач; 4 – двокоординатний самописець.


На рис.2.4.2. показана схема установки длявимірювання  високочастотних ВФХ.

Від генератора змінної напруги через розділюючийконденсатор С1 сигнал поступає на ланку, що складається із Сс,який має МДН-структури, і еталонного резистора R1 (C1>>Cсвч).Спад ВЧ напруги на резисторі R1 (R1<<1/wCcвч)пропорційний Свч.[18]

Підсилена і випрямлена напруга, пропорційна Свчреєструється по координаті “Y” двокоординатного самописця. Зміщення Uc,яке повільно змінюється, через роздільний резистор (R2>>1/wCcвч)подається на МДН-структуру і координату “Х” самописця. В результатідвокоординатний самописець фіксує ВФХ досліджуваної структури.

Високочастотна напруга на МДН-структурі Свчповинна забезпечувати малосигнальний режим і відповідно задовольнятиспіввідношенню Uc<<kT/q у всьому діапазоні Uc.  Призаписі ВФХ МДН-структура повинна перебувати в темноті для уникнення фотоефекту.

При зніманні  ВФХ доцільно застосовувати такупослідовність операцій: до МДН-структури прикладається напруга зміщення, якавідповідає глибокій інверсії; освітлюється МДН-структура для збільшеннягенерації неосновних носіїв і утворення рівноважного шару (часто буваєдостатньо використання звичайного лабораторного освітлення); потімМДН-структура повністю затемнюється, і напруга зміщення починає змінюватись відінверсії до збагачення, при цьому на самописці фіксується рівноважнависокочастотна ВФХ.

Іншим варіантом ФВХ є диференціальний високочастотнийвольт-фарадний метод. При аналізі високочастотного вольт-фарадного методузазначалося, що для визначення густини поверхневих станів необхідно порівнюватинахили експериментальної і теоретичної високочастотних ВФХ. Це означає графічнедиференціювання  експериментальної кривої. Зручніше проводити  диференціюванняекспериментальної ВФХ апаратурним методом. Для цього в установку зйомки ВФХдодатково вводять диференціюючу ланку [11]. При використанні зміщення Uc=at,яке лінійно змінюється, диференціююча ланка на виході забезпечує сигнал,пропорційний dC/dU, який записується на самописці одночасно з записом ВФХ.Розшифровка залежностей С(V)  відбувається аналогічно до розшифровкивисокочастотних ВФХ. Перевага цього методу полягає в більшій швидкодії  іпідвищенні точності в порівнянні з вольт-фарадним методом. [17]

Блок-схема установки для дослідження  МДН-структурприведена  на рис. 5.3. при вимірюванні С(V) і G(V) залежностей (П1 – вположенні “1”, П2 – в положенні “2”) на структуру подаються два сигнали: малийсинусоїдальний від генератора (2) і напругу зміщення з генератора пилоподібноїнапруги (КГТН) (4). Сигнал з виходу інтегруючого (ІП)( 8) або диференціюючого(ДП) (9) підсилювача подається на вхід широкополосного (10) або вибіркового(11) підсилювача і далі на фазовий (ФД) (12) або амплітудний (АД) (13)детектор. На вхід “2” ФД подається опорний сигнал з генератора (2).Встановлення фази сигналу на вході “1” ФД створюється незначним розладнаннямпідсилювача (11). Напруга з виходу ФД (VG) і АД (VC) подається на входи “Y”двокоординатних самописців (6) і (7). На входи “Х” самописців поступає напругаз виходу КГТН.

При вимірюванні С(t) залежностей (П1, П2 і П3 вположенні “2”) на структуру подається стрибок напруги або послідовністьімпульсів з формувача (3). Вихідний сигнал КГТН при дослідженні повільнихпроцесів використовується для часової розгортки самописців. Для реєстраціїпроцесів з часами релаксації 0.3 с використовується осцилограф (14).

Градуювання С(V), G(V), i C(t) – залежностей проводитьсямагазином ємностей і провідностей (П2 в положенні “1”). Установка дозволяєпроводити експрес вимірювання параметрів, та досліджувати їх неоднорідності.


/>


Рис.2.4.3. Блок-схема установкт для вимірювання C(V), G(V) та С(t)-характеристик:

1 – магазин ємностей та провідностей;

9 – диференціюючий підсилювач;

3    –генератор;

4    10 –широкосмуговий підсилювач;

3 – формувач;

11 – вибірковий підсилювач;

5    –керуючий генератор трикутної напруги;   

6    12 –фазовий детектор;

5 – МОН-структура;

13 – амплітудний детектор;

7    –двокоординатний самописець;

8    14 –осцилограф;

7 – двокоординатний самописець

15 – вимірювач температури.

8 – інтегральний підсилювач;


3. Результати досліджень.

 

3.1. Дослідження пористості плівоктермічного диоксиду кремнію.

 

Дефектами плівок диоксиду кремніювважають порушення однорідності аморфного шару [23]. До їх числа відносятьсявключення іншої фази: пори і кристалічні ділянки. Густина структурних дефектіввизначає вихід виробів електронної техніки, особливо ВІС високого ступеняінтеграції, тому розробка способів виявлення дефектів і вивчення механізмівдефектоутворення привертала увагу ряду дослідників. Для їх дослідженнярозроблено ряд методів, описаних в огляді, та роботах [19,20].

Літературні дані про природупороутворення часто носять дискусійний характер. Переважно їх появу пов’язуютьз неконтрольованим забрудненням поверхні кремнієвої пластини до і в процесіросту плівки оксиду. Це викликало необхідність проведення циклуекспериментальних досліджень пористості плівок для встановлення механізмів їхутворення.

Плівки SiO2 товщиною від0.1 до 0.6 мкм вирощували в стандартних процесах термічного окисленнякремнієвих пластин в середовищі сухого і вологого кисню. Дефектність плівоквизначали шляхом металографічних досліджень під мікроскопом NU-2E післявізуалізації пор бульбашками желатину при електролізі водного розчину CuSO4і желатину (250: 5: 5)  і шляхом селективного травлення поверхні плівок втравнику складу HF: HNO3: CH3COOH (1: 10: 1) протягом3...7 хвилин. Селективне тралення плівки оксиду проводили аж до підтравлюванняпідкладки, після чого знімали плівку в розчині HF і виявляли дислокаціїповерхні кремнієвих пластин в травнику Сіртля.


/>

Рис.3.2.1.  Неоднорідності візуалізації пор, обумовлені їх різними розмірами(металографія, x 200)

При дослідженні пористості плівокмідножелатиновим методом, як видно з рис.3.2.1., в місцях провідних ділянокплівок виростали або желатинові грона, або бульбашки желатину значно меншогорозміру. Це обумовлено суттєвою різницею швидкості процесу електролізу в різнихпровідних ділянках плівки викликану різними розмірами пор, що вказує нанаявність щонайменше двох механізмів процесу пороутворення. Як правило,желатинові грона хаотично розміщалися по поверхні пластини і спостерігалися поподряпинах плівки. Встановлено взаємозв’язок густини “великих” пор відзапиленості технологічного приміщення в якому перебували пластини післяпередокислювальної хімічної обробки. При запиленості в межах 4...30 л-1  їхгустина в плівках SiO2 товщиною 0,1 мкм складала 0,5...2 см-2і зменшувалась з ростом товщини плівки. В той же час, порушення норм запиленості,або спеціальна, навіть короткочасна, витримка пластин в середовищі ззапиленістю до 300 л-1 приводила до різкого росту дефектностіплівок  до 102...103 см-2. В той же час, приретельному  контролі та дотриманні чистоти технологічного приміщення “великі”пори практично не проявлялися.

При дослідженні плівок SiO2, препарованихза методикою [24], шляхом просвічуючої електронної мікроскопії на МВ-100встановлено, що розміри “великих” пор співрозмірні з товщиною плівки [24].

Виходячи з приведених результатів,механізм утворення наскрізної пори можна подати таким чином: при згоранні абовипаровуванні речовини пилинки чи інших неконтрольованих забруднень кремнієвоїпідкладки при температурі окислення тиск пари в хмаринці домішок може досягнутикритичної величини, достатньої для локального руйнування плівки оксиду.Аналогічний механізм пороутворення може проявлятися при випаровуванняпреципітатів як легуючих, так і неконтрольованих домішок, сконцентрованих наструктурних порушеннях кремнієвої підкладки.

Що стосується “дрібних” пор, то їх густина, усередненана пластину, складала 1,5...3, 3,4...5,5 і 6,5...15 cм-2 для плівоктермічного диоксиду кремнію товщиною 1, 0,5 і 0,15 мкм відповідно. Виявленатенденція зменшення густини пор від краю до центру пластини. Причому, біля 80%пор розміщалися по її периметру в області до 7...12 мм від краю. Характерно, щогустина пор в цій області майже на порядок вища, ніж в центрі. Скупчення пор(рис.3.2.2) проявлялися також в місцях контакту пластини з кварцовим човником ів значній мірі визначалися щільністю входження пластини в його пази.

/>

Рис.3.2.2. Вид поверхні пластини після візуалізації пор (x200, металографія)

Як правило, по декілька пор розміщалися в ряд, причомулінії їх утворення відповідали  кристалографічним лініям ковзання дислокацій.Різко неоднорідний розподіл пор в плівках SiO2, який відображаєдефектоутворення в кремнієвих підкладках і свідчить про тісний взаємозв’язокумов росту плівки з дефектоутворенням в кремнію, яке проявляється в конкретномуциклі дифузійно-окислювальних процесів спостерігали також в [9].

/>

Рис. 3.2.3.  Розміщення пор в плівках вздовж лінійковзання

Ідентичність якісного радіальногорозподілу дефектів в плівках SiO2 і кремнієвих підкладкахпідтверджена послідовними дослідженнями розподілу пор та дислокацій вздовжфіксованих смуг шириною 5 мм вздовж діаметра пластини. Однак, в кількісномувідношенні, густина пор в плівках значно нижча від густини дислокацій, яківиходять на поверхню підкладки. Це вказує на те, що далеко не кожна дислокаціяє ініціатором пороутворення в вирощуваній плівці термічного SiO2.


3.2. Взаємозв’язок структурноїдосконалості  монокристалічної кремнієвої підкладки і плівок SiO2.

 

Розглянемо можливі причининеоднорідного розподілу дефектів. Розрахунок характеру нагріву однієї пластини[19] і партії пластин [20] показав, що як при прогріві, так і при охолодженніросте нерівномірність розподілу температур вздовж радіуса пластини. Врезультаті розв’язання крайової задачі теплопровідності і аналізу кінетикинагріву та теплообміну в партії пластин в [20] показано, що максимальнийперепад температури складає 46К при швидкості завантаження 0,002 м/c і 340К при0,01 м/c. При цьому радіальні і тангенціальні термічні напруження пластиниростуть пропорційно різниці температур:

/>        (19)

/>               (20)

де:  a — коефіцієнт термічногорозширення;  E — модуль Юнга;  DT — різниця температур;  r — координата;  R — радіуспластини.

Під їх дією утворюються дислокації іпроходить знімання термічного напруження в межах даної ділянки. При повторнійциклічній обробці знов виникають термічні напруження, причому умови утвореннядислокацій значно полегшуються  (проходить розмноження дислокацій і починаєдіяти механізм їх передачі). Оскільки градієнт температури максимальний на краюпластини, дислокації виникають практично завжди на периферії в вигляді лінійзсувів і, в подальшому, переміщаються до центру вздовж площин ковзання [21].Внаслідок того, що плівка SiO2 жорстко зв’язана з підкладкою, вмісцях переміщення сусідніх атомних площин в напрямку ковзання дислокаційвиникатимуть максимальні напруження плівки, релаксація яких буде проходитишляхом локального руйнування плівки і утворення пор. Таким чином, на нашудумку, пори повинні наслідувати не дислокації як такі, а утворюватися при їхрусі вздовж площин ковзання [21].

Вказане припущення підтвердженеекспериментально при металографічному дослідженні протравленої в дислокаційномутравнику підкладки після візуалізації пор методом [19]. На рис. 3.1.1.  ділянкитемного фону відповідають розтравленій поверхні кремнієвої пластини під порою.Ямки травлення виходів дислокацій на цих ділянках проявляються вздовж ліній їхутворення. Наслідування порами плівки смуги ковзання дислокацій підтверджуєтакож рис. 2.3.2. Як видно з рисунків, в кількісному відношенні густинарозтравлених ямок травлення значно менша їх сумарної густини.

Використовуючи в якості відлікуорієнтацію пластин кремнію і базового зрізу встановлено напрями лінійпороутворення в плівках диоксиду кремнію. Вони відповідають кристалографічнимнапрямам <110> в підкладці, які, згідно [22], є найвірогіднішиминапрямками ковзання в гратці типу алмаз.

/>

Рис. 3.1.1. Закристалізована ділянкапротравленої  плівки SiO2

Як винятки, при металографічному дослідженні поверхнічастково протравлених плівок SiO2 спостерігали такожзакристалізовані ділянки (Рис.3.1.1).

Пори на цих ділянках проявлялися між границямикристалітів і аморфної матриці. Їх утворення зв’язують з механічниминапруженнями, що перевищують критичні, обумовленими різними значеннями к.т.р.кремнієвої підкладки, кристалічного і аморфного диоксиду кремнію. Ініціаторомлокальної кристалізації плівок через рідку фазу диоксид кремнію — домішкаможуть служити навіть незначні кількості домішок лужних металів, найімовірнішимджерелом яких може бути поверхня кварцового реактора та неконтрольованізабруднення використовуваних реагентів.

Виходячи з викладеного можна виділити такі механізми пороутворення в плівках термічного диоксиду кремнію:

·   руйнування плівки внаслідоквипаровування або згорання матеріалу локальних забруднень поверхні кремнієвихпластин в процесі росту плівки;

·   утворення пор при русідислокацій підкладки під дією термомеханічних напружень;

·   утворення пор при локальнійкристалізації плівок, стимульованій домішками.

Характерно, що переважаюча кількість пор утворюєтьсявнаслідок дії механізму пороутворення, пов’язаного з рухом дислокаційкремнієвої підкладки в процесі росту плівки.

3.3. Гетеруючадія цинку. Оптимізація технологічного процесу за концентрацією домішки.

Для зменшення густини дефектів можна використовувати методигетерування (див. §1.3). Переважна більшість з них передбачає спеціальнуобробку поверхні пластин перед першою термічною операцією. До них відносятьсягетерування з допомогою порушеного шару, який створюється різними методами,гетерування з допомогою нанесених шарів, термічна обробка в спеціальномухімічному середовищі.

Але, на нашу думку оптимальними булиб такі методи, які можна сумістити з першою термічною операцією – термічнимокисленням пластин. Зокрема, знизити активність процесу утворення пор, пов’язаногоз рухом дислокацій підкладки вздовж ліній ковзання можна шляхом впровадження вїх ядра домішкових атомів з газової фази в процесі росту плівки. Згіднолітературних даних [25] в якості гетеруючої домішки ми вибрали цинк, який будедекорувати дислокації, заповнювати і зв’язувати їх незавершені зв’язки.

Дослідження гетеруючого впливу цинку,який вводили в реактор з розчину хлориду цинку, проводили при такихконцентраціях у вихідному розчині, що заливався у барботер: 0; 0.1; 0.5; 1; 2;3; 5% для визначення оптимального вмісту.

Отримані плівки диоксиду кремніютовщиною 120¸140 нм досліджували мідножелатиновим методом і селективнимтравленням для визначення густини пор (див. § 2.3).

Встановлено, що  густина пор вплівках SiO2 при окисленні за стандартною технологією складає від6.5 до 15 см-2. Отримані дані узгоджуються з результатами роботи[23].

При введенні хлориду цинку в процесіокислення густина пор складала від 0.3 до 1.5 см-2, що на порядокнижче, ніж при окисленні за стандартною технологією. Дослідження показали, щонавіть при незначних концентраціях (менше 1%) пористість плівок різкопонижується. Зниження пористості йде до певного рівня, який близький до 1 см-2.Мінімальне значення пористості спостерігали на зразках, які окислювали приконцентрації хлориду цинку в діапазоні 1…3%. Суттєво, що в цьому діапазоніконцентрації пористість плівок диоксиду кремнію слабо залежить від концентраціїрозчину хлористого цинку. При подальшому збільшенні концентрації пористість отриманихплівок збільшується. Отже, збільшення концентрації водного розчину хлористого цинку вище 3% недоцільно.

Отримані результати ілюструє рис. 3.3.1.    .

/>

Таким чином, експериментальнопідтверджена можливість пониження дефектності плівок диоксиду кремніюгетеруванням домішкового цинку дислокацій підкладки. Ефективністьзапропонованого методу, як показали експериментальні дослідження, у два-трирази вища, ніж при гетеруванні дефектів порушеним шаром неробочої сторонипластини Si. Це пов’язане з тим, що в нашому випадку знижується рухливістьіснуючих дислокацій, а не тільки їх густина на робочій стороні пластини.

Недоліком методу барботування длястворення парогазового окислювального середовища у реакторі є змінаконцентрації розчину, пов’язана з різною швидкістю випаровування компонентів.

Для усунення цього недоліку мивідпрацювали процес монокристалічного кремнію з домішкою хлориду цинку вгазовый фазі при миттєвому випаровуванні компонентів розчину. (див.2.1)

Результати досліджень пористостівирощених плівок приведені на рис 3.3.2.

Рис. 3.3.2. залежність густини пор уплівок SiO2 від концентрації водного розчину хлориду цинку примиттєвому випаровуванні для різної товщини вирощеної плівки: трикутник — товщина плівки 1200А; кружок — товщина плівки 5000А.

Як видно з рис. На кривійконцентраційної залежності густини дефектів у плівках також чітко проявляється область мінімальної концентрації пор. Процес вирощування плівок найкращепроводити у цій області, яка лежить біля 0.001%

Для подальшого використання необхіднідослідження електрофізичних параметрів структур, результати яких приведені унаступному параграфі.

3.4.    Електрофізичніхарактеристики структур.

 

Як видно з результатів, описанихвище, у легованих цинком структурах Si-SiO2 спостерігаєтьсяпокращення суцільності плівок SiO2. Це пов’язане з заповненнямлегуючою домішкою незавершених зв’язків дислокацій приповерхневої областікремнієвої пластини і зниження, за рахунок цього, рухливості дислокацій.Оскільки одним з механізмів утворення пор є деформаційне локальне руйнуванняплівки, щільно з’єднаної з підкладкою, за рахунок напружень, які перевищуютькритичні, під час зміщення сусідніх атомних площин при русі дислокацій. Вказанелегування при оптимальних концентраціях повинне приводити до покращенняструктурної досконалості межі розділу, зменшення рухливості дислокацій і,відповідно, пористості плівок SiO2 [19].

Можна сподіватися, що легуванняприповерхневої області кремнію приводитиме і до покращення електрофізичниххарактеристик межі розділу, що буде проявитися перш за все на таких параметрах,як густина поверхневих станів та генераційно-рекомбінаційний час життя.

Розрахунок  приводили за результатамивимірювання вольт-фарадних характеристик за методикою, описаною в § 2.4

Результати дослідження параметрів ОПЗлегованих цинком структур приведені в таблиці.

Таблиця. 3

Концентрація домішки, % 0.0005 0.001 0.0025

Густина поверхневих станів, Dit, еB/кв.см.

5.7´1011

5.7´1011

5.0´1011

5.2´1011

Час життя, tg, 10-6 c

45 40 86 55

Як видно з таблиці, введення домішкицинку приводить до підвищення структурної досконалості приповерхневої областікремнію, що виявляється в зменшенні з ростом рівня легування густиниповерхневих станів та підвищенні часу життя нерівноважних носіїв заряду,причому вказане покращення спостерігається лише при повному рівні легування,який має свій оптимальний діапазон. Високолеговані структури порівняно зконтрольними характеризувалися гіршими показниками якості. Це пояснюється тим,що при концентрації домішки 3´10-3% і вище, атоми цинкубудуть входити не лише в ядро дислокацій, а й легувати поверхню кремнію іцілому, тобто створювати точкові дефекти в кристалічній гратці, а при високомурівні – і дислокації невідповідності [10]. Наявність дефектів структуриприводить до появи додаткових рекомбінаційних центрів і енергетичних станів,пов’язаних з ними, що знижує рухливість носіїв заряду, їх час життя і підвищуєконцентрацію енергетичних поверхневих станів, тобто в цілому призводить допогіршення параметрів структур.

Симптоматично, що структури зоптимальним рівнем легування після опромінення і наступного відпалухарактеризувалися кращими значеннями параметрів межі розділу порівняно зконтрольними, тобто мали нижчу радіаційну чутливість. Це пояснюється зниженнямрівня механічних напружень приповерхневої області за рахунок легування тазменшення її дефектності. Як відомо [17], підвищення структурної досконалостікристалічної гратки в області межі розділу повинно приводити до покращенняелектрофізичних характеристик системи Si-SiO2.

На рис.3.4.1 приведені концентраційнізалежності часу життя неосновних носіїв заряду 1/tg = f(С). У діапазоні концентрацій,близьких до 0.002% спостерігається чітко виражений мінімум, характерний як дляопромінених, так і для неопромінених структур. Причому величина часу життянеосновних носіїв заряду при оптимальному рівні легування в області мінімумукращі, ніж у контрольних зразках, що піддавались і не піддавалисьрадіаційно-термічній обробці.

Зниження часу життя при рівняхлегування, що перевищують оптимальні, найвірогідніше зумовлене структурнимрозпорядкуванням приповерхневої області під впливом високої концентраціїлегуючої домішки, утворенням складних комплексів, що містять цинк та самочинноне розпадаються під час відпалу.

Залежність величини, оберненої дочасу життя, від концентрації домішки, а не часу життя, приводиться тому, що 1/tg пропорційна густинігенераційно-рекомбінаційних центрів і виражає зміну рівня дефектностіприповерхневої області кремнію.

Порівняно з нелегованими структурами,оптимальне легування приводить до швидшого відновлення густини поверхневихстанів після радіаційно-термічної обробки, що відображено на рис.3.4.1. Причому, як видно з малюнка,термічна обробка після опромінення приводить до менших значень густиниповерхневих станів приповерхневої області кремнію, порівняльно з вихіднимиструктурами.

Характерно, що оптимальні значенняпараметрів структур спостерігаються при тих же значеннях концентрацій домішки,при яких плівки SiO2 характеризуються найкращоюсуцільністю.

Таким чином, встановлений намидіапазон оптимальних концентрацій гетеруючої домішки буде приводити не тількидо зниження густини структурних дефектів плівок SiO2, але й до покращення електрофізичниххарактеристик м6ежі розділу діелектрика з монокристалічною підкладкою, щоважливо для подальшого практичного використання.


/>

Рис. 3.4,1. Залежності впливуопромінення та наступного вщпалуна 1/Тд:1 — вихідні; 2 — післяопромінення.

/>

Рис. 3.4.2. Концентраційна залежністьвідносної змінигустини поверхневих станів після радіаційно-термічноїобробки.


Висновки

1.        Вивченімеханізми попроутвореня і плівках термічного диоксиду кремнію;

2.        Показано,що переважаюча кількість пор утворюється вздовж ліній ковзання внаслідокнапружень плівок, викликаних рухом дислокацій монокристалічнолї підкладки.

3.        Запропонованомеханізм гетерування дуфектів шляхом гальмквання руху дислокацій атомами цинку;

4.        Визначенийдіапазон оптимальних концентрацій домішки у газовій фазі при якій плівкихарактеризуються мінімальними значеннями пористості і оптимальнимиелектрофізичними параметрами.

 


5.ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

У зв’язкуз особливостяминауково-дослідних розробок для їх ефективногоздійснення, координацій робіт, оперативного управління ходом робіт, передбаченесіткове планування та керування.

5.1. Планування науково-дослідноїроботи (НДР).

В розрахунково — пояснювальній записці до дипломної роботи плануванняНДР здійснюється внаступній послідовності :

1.  Розбиттякомплексу робіт на окремі етапи.

2.  Виявленнята опис всіх подій та робіт.

3.  Визначеннячасу виконання робіт.

4.  Побудовасіткового графіка.

5.  Розрахунокпараметрів сіткового графіка. />

5.1.1 Розбиття комплексу робіт наокремі етапи.

Весь комплекс робіт ділиться на такіетапи :

*           підготовчий;

*           теоретичнарозробка теми;

*           проведенняексперименту;

*           обробкаданих, отриманих при експериментах;

*           технічнийзвіт;


Таблиця 1.Тривалість розробки етапівпроекту

№ Назва етапу Виконавець Кількість виконавців Тривалість етапу, днів

1

2

3

4

Розробка графіка робіт

Написання теоретичної

частини дипломної

роботи

Проведення досліджень і

зняття характеристик

МДН-структур

Обробка експериментальних даних

студент-дипломник;

керівник

студент-дипломник;

керівник

студент-дипломник;

керівник

студент-дипломник

2

2

2

1

35

15

10

20

 

5.1.2 Виявлення та опис всіх подій таробіт.

Графічна модель всього процесу виконання НДР ( сітковий графік ) складається з подій таробіт. Кількість робіт в сітковому графіку залежитьвід ступеня його деталізації, що визначається об’ємом і складністюрозробки. Границі деталізації подій та робітвизначаються технологією робіт і границею відповідальностівиконавців. Чим більш деталізована сіть, тим простіше її оцінити і проконтролювати по коду виконання розробки. Всі подіі та роботи, що входять в комплекс робіт, зводимов таблицю в порядку їх послідовності, тобто необхідноскласти бібліотечний список. Цей список включаєперелік подій та їх індексацію, а також перелік робіт та їх коди.

Таблиця 2.Перелік робіт та подій

Назва подіі

Код роботи

Зміст роботи Завдання отримано.

0-1.

Складання плану роботи. 1 План роботи складено. 1-2 Вивчення літератури. 2 Література вивчена. 2-3

Підготовка монокристалу для нанесення плівки.

2-4

Підготовка обладнання для вирощування плівки SiO2.

2-8

Підготовка обладнання для дослідження.

2-20 Аналіз. 3 Пластини монокристалу підготовлені 3-5 Складання установки для вирощування плівок. 3-6 Розрахунок умов вирощування 4 Обладнання для вирощу- вання підготовлене. 4-5 Підготовка матеріалу для вирощування. 5 Установка складена. Матеріал підготовлений. 5-6 Наладка установки для вирощування. 6 Умови вирощування плівок розраховані. 6-7 Вирощування плівок діоксиду кремнію. 7 Плівки нарощені 7-8 Підготовка пластин з нарощеною плівкою. 7-10 Зняття діелектричної плівки. 8 Обладнання та пластини готові для дослідження. 8-9 Визначення дефектності діелектричних плівок 9 Визначено дефектність діелектричних плівок. 9-12 Знаходження напружень пластин. 10 Діелектрична плівка знята 10-11 Визначення дефектності пластин. 10-12 Знаходження напружень пластин. 11 Дефектність пластин досліджена. 11-14 Фотографування дефектності пластин. 12 Напруженість всіх пластин Si визначена. 12-13 Порівняння результатів двох досліджень. 13 Порівняння проведені. 13-14 Знаходження залежності густини пор від напруження. 14 Дефектність сфотографована. Залеж- 14-15 Опис результатів. ність густини пор від напруження встановлена. 15 Опис результатів проведений. 15-16 Побудова сіткового графіка. 16 Сітковий графік побудовано. 16-17 Розрахунок параметрів сіткового графіка. 17 Розрахунок параметрів проведено. 17-18 Визначення затрат на проведення НДР. 17-20 Аналіз отриманих результатів 18 Затрати визначені. 18-19 Оцінка науково-технічної ефективності НДР. 19 Ефективність оцінена. 19-20 Аналіз ефективності. 20 Аналіз проведено. 20-21 Висновки. 21 Висновки зроблено. 21-22 Оформлення. 22 Робота оформлена

 

 


5.1.3. Визначеннячасу виконання робіт.

Для планування тривалості виконанняробіт необхідно користуватись відповідними нормативами або узагальненими даними минулих аналогічних розробок ( з врахуванням процента їхвиконання ).

В більшості випадків при плануванні комплекса робіт творчого характеру, а також при плануванні нових досліджень, що не мають аналогів в минулому, не існує ні нормативів, ні досвіду роботи. В таких випадкахвикористовують три або дві ймовірні оцінки часу. Ці оцінки визначаються в днях.

tоч =(tmin+ 4tнй +tmax ) / 6

s2 tоч = [(tmax-tmin)/6]

Приклад розрахунку для роботи 0-1:

tоч = (4+4´5+7)/6=5

s2 tоч = (7-4)/6=0.25

Всі результати розрахунків зведені втаблицю 3.

5.1.4. Побудова сіткового графіка.

Таблиця 3. Трудоємність виконанняробіт та кількість виконавців.

Код роботи

Трудомісткістьроботи в днях

Дисперсія s2 tоч, дні

К-стьвикон.

tmin

tнй

tmax

t/>оч

0-1 4 5 7 5 0.25 2 1-2

4

5 6 5 0.11 1

2-3 1

1 1 2 1 0.03 1

2-4

2 3 4 3 0.11 2 2-8 1 1 2 1 0.03 2 2-20 5 7 8 7 0.25 1 3-5 3 4 5 4 0.11 2 3-6

6

7 7 7 0.03 2 4-5 1 2 2 2 0.03 1 5-6 1 1 2 1 0.03 1 6-7 1 1 2 1 0.03 2 7-8 1 1 2 1 0.03 1 7-10 1 1 2 1 0.03 1 8-9 1 2 4 1 0.25 2 9-12 1 1 2 1 0.03 2 9-14 1 1 3 1 0.11 1 10-11 1 1 2 1 0.03 2 10-12 1 2 2 2 0.03 2 11-14 1 1 2 1 0.03 1 12-13 1 1 2 1 0.03 2 13-14 1 1 3 1 0.11 1 14-15 2 3 5 3 0.25 1 15-16 1 1 2 1 0.03 1 16-17 1 1 2 1 0.03 1 17-18 1 1 3 1 0.11 1 17-20 2 4 4 4 0.11 1 18-19 1 1 2 1 0.03 1 19-20 1 1 2 1 0.03 2 20-21 2 3 3 3 0.03 2 21-22 4 6 7 6 0.25 1

 5.1.5 Розрахунок параметрівсіткового графіка.

До основних параметрів сітковогографіка відносяться:

Тривалість шляху t(L) t(L) = tijk Тривалість критичного шляху Ткр

Ткр= t[L(I-C)max ]

Резерв часу шляху R(L)

R(L) = Ткр-t(L)

Ранній термін здійснення події Трі

Трі= t[L(I-і)mах ]

Пізній термін здійснення подіі Тпі

Тпі = Ткр — t[L(і-С)mах ]

Резерв часу події Rі Rі = Тпі — Трі Ранній термін початку роботи Трпіj

Трпij = t[L(1-і)mах ] або

Трпіj = Трі

Ранній термін закінчення роботи Трзіj

Трзіj = Tpпij+tij

Пізній термін початку роботи Тппіj Тппіj = Тпзіj -tij Пізній термін закінчення роботи Тпзіj

Тпзіj = Тпj

Повний резерв часу роботи Rпіj

Rпіj = Тппіj — Трпіj або

Rпіj = Тпзіj — Трзіj

Вільний резерв часу роботи Rсіj

Rсіj=Rпіj -Rj

Коефіцієнт напруженості роботи Кніj

Кніj=[t(Lmax)-t’(Lкр)]/[Ткр — t’(Lкр)]

де      t (Lmах)-тривалістьмаксимального шляху, який проходить через дану роботу; t’(Lкр)- відрізок шляху, що співпадаєз критичним шляхом.

Приклад розрахунку: t(L)=t01 =5

Tкр =5+5+1+7+1+1+2+1+1+1+3+1+1+4+3+6=43

R = 43-5=38 Tрз01 =5 Rc01=0

Tp1 = 5 Tпп01 =0Кн01=1

R1 =0 Tпз01 =5Трп01=0 Rп01 =0

Всі результати розрахунку наведені втаблиці 4.

Таблиця4. Параметри сіткового графіку

/>/> код

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 роботи

tочij

Трj

Тпj

Rj

Tрпij

Tрзij

Tппij

Тпзij

Rпij

Rcij

Kнij

i-j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0-1 5 5 5 5 5 1 1-2 5 10 10

5

10 5

10

1 2-3 1 11 11 10 11 10 11 1 2-4 3 13 13 2 10 13 12 15 2 0.75

2-8

1

20

20 10 11 19 20 9 9 0.1 2-20 7 34 34 10 17 27 34 17 17 0.29 3-5 4 15 17 2 11

15

13 17 2 0.72

 код

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 роботи

tочij

Трj

Тпj

Rj

Tрпij

Tрзij

Tппij

Тпзij

Rпij

Rcij

Kнij

i-j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-6

7 18 18 11 18 11 18 1 4-5 2 15 17 2 13 15 15 17 2 0.75 5-6 1 18 18 15

16

17 18 2 2 0.75 6-7 1 19 19 18 19 18 19 1 7-8 1 20 20 19 20 19 20 1 7-10 1

20

21 1 19 20 20 21 1 0.75 8-9 2 22 22 20 22 20 22 1 9-12 1 23 23 22 23 22 23 1 9-14 1 25 25 22 23 24 25 2 2 0.33 10-11 1 21 24 3 20 21 23 24 3 0.5 10-12 2 23 23 20 22 21 23 1 1 0.75 11-14 1 25 25 21 22 24 25 3 3 0.5 12-13 1 24 24 23 24 23 24 1 13-14 1 25 25 24 25 24 25 1 14-15і 3 28 28 25 28 25 28 1 15-16 1 29 29 28 29 28 29 1 16-17 1 30 30 29 30 29 30 1 17-18 1 31 32 1 30 31 31 32 1 0.75 17-20 4 34 34 30 34 30 34 1 18-19 1 32 33 1 31 32 32 33 1 0.75 19-20 1 34 34 32 33 33 34 1 1 0.75 20-21 3 37 37 34 37 34 37 1 21-22 6 43 43 37 43 37 43 1

5.1.6. Аналіз сіткового графіка і йогооптимізація .

Одним з перших кроків аналізупобудованого графіка є перегляд топології сітки. При цьому перевіряєтьсянумерація подій, встанов-люється доцільність вибору робіт і структури сітки.Поряд із встанов-ленням зайвих робіт і перевіркою доцільності встановленогорівня їх деталізації повинно розглядатись питання про можливість паралель-ноговиконання робіт, виходячи з особливостей запланованого процесу і кількостіробітників.

Наступним кроком аналізу сіткового графікапроводиться його оптимізація. При цьому розв’язуються задачі щодо виявленняможливостей кращого розподілу трудових видів ресурсів.

Після досягнення необхідного термінурозробки проводиться оптимізація розподілу ресурсів. Аналіз календарногографіка та діаграми завантаження виконавців показав на доцільність подальшоїоптимізації сіткового графіка. Оптимізація проведена за рахунок використаннявільних резервів часу (Rвij) шляхом їх заміни на робочий час або частковоїзаміни (поділу резерву). Результати оптимізації діаграми завантаженнявиконавців наведені на рис. 2.

 


5.2. Визначеннязатрат на виконання НДР.

Затрати на виконання НДР поділяють накапітальні і поточні.

 

5.2.1. Капітальні затрати

 

Таблиця 5.

Назва основних фондів

Вартість в грн.

1 АМЦ-1515 10000 2 Самописець 8000 3 СДО 125-15/3 18000 Разом 36000

Поточні затрати на виконання НДР складаються знаступних статей калькуляції :

-   основні матеріали,

-   покупні напівфабрикати,

-   паливо і енергія зі сторони,

-   амортизаційні відрахування,

-  заробітна платаосновна і додаткова,

-   відрахування на соціальні заходи,

-   накладні видатки.


5.2.2. Поточнізатрати

5.2.2.1. Обчислення амортизаційних витрат

Знаючи норми амортизаціі можна визначити амортизацію обладнанняза формулою:

Аоб =ЦоНаВ / F

де      Цо — ціна обладнання, грн;

  На — норма амортизації, %;

  В — час використання,год.;

  F — річний фонд часу.

Норма амортизації для одного місяця :

Аі = Ці×На /12

де      Ці — вартість,

  На — норма амортизації.

Таблиця6. Норма амортизаційних витрат

Основні фонди

Вартість, грн.

Норма аморт., %

Аморт. відрах., грн.

1 АМЦ-1515 10000 19 158.33 2 Самописець 8000 23 153.33 3 СДО 125 — 15/3 18000 15 225

 Разом:                     536.66грн.

5.2.2.2. Відрахування на орендуприміщення

Вартість оренди приміщення в якомупроводяться дослідження можна визначити знаючи: орендну плату за 1 м2 за місяць,площу приміщення і час роботи .

Впр =Цар×Sплtрб/> / 30

Впр =3´(3. 5´4. 5)60 /30 = 94.5 грн.

5.2.2.3. Визначеннязатрат на матеріали

Вартість матеріалів, витрачених на виготовлення дослідних взірців, проведеннядослідів визначається на основі програми дослідів,норм розходу, цінами або по кількості годин дослідженьі нормативах затрат на годину досліджень.

 Затрати на основні матеріаливизначаються за формулою :

Мо = (1+ Ктз -Кво ) />ЦiНi

де      Ці — оптова ціна одиницівиробу;

          Ні — необхідна потреба в матеріалі;

          Ктз — коеф., що враховує транспортно-заготівельні витрати;

          Кво — коеф.,що враховує відходи, які повертаються .

ПриймаємоКтз= 0.08, Кво= 0.05 .

Таблиця 7. Затрати на матеріали.

Назва матеріалу

 Один.виміру

Норма розходу

Ціна од. вим.

Сума, грн

1 Пластини Si шт. 20 20 412

2

Кисень балон 1 15 15.45 3

Плавикова кислота

л 2.5 3 7.73 4 Хлор балон 1 15 15.45

 5

Азот

балон 1 15 15.45 Разом:

466.08

 

Мо = (1+1.03-0.05)´[400+15+ 2.5´7.5+15+15]= 466.08грн.

5.2.2.4. Розрахуноквартості палива та енергії

Затрати на електроенергію розраховуютьсяза формулою:

Ес =Мд´Fд´Це´Кн

де:

МДН-встановлена потужність енергетичних струмоприймачів, кВт;

Fд- дійсний фонд часу роботи даного виду обладнання, год.;/>

Це- ціна 1 кВт/год електроенергіі, грн;/>

Кн-коєф. використання енергетичних установок по потужності і часу (Кн = 0. 8 ).


Таблиця 8.

N

Прилад

Час роботи,

год.

Споживана

потужність

Ціна за

1 кВт, грн

Вартість,

грн.

1 АМЦ-1515 150 1.5   0.23 41.4 2 Самописець 150 1.5 кВт 0.23 41.4 3 СДО 125-5/3 200 60 кВт 0.23 2208

 Разом:            2290.8

 

5.2.2.5. Визначення фонду заробітної плати

Таблиця 9.

Посада

Місячний оклад, грн.

Денна ставка, грн.

Трудоємність, людино-дні

Витрати на З/П, грн.

1 Науковий керівник 300 12.50 33 412,50 2 Студент-дипломник 40 1,67 66 110 3 Консультант з ЕЧ 360 15 3 45 4 Консультант з ОП 360 15 3 45

 Разом:                 612,50

Відрахуванняна соціальні заходи1

Відрахування на соцстрах ( 1,5% )

612,50´0,025=15,31 грн 2

Відрахування в фонд зайнятості (4%)

612,50´0. 025=15,31 грн. 3 Відрахування в пенсійний фонд (32%) 612,50´0,32=196 грн.

                                                                               Разом: 234,58 грн.

     Фонд заробітноїплати: 612,50+234,58 =847,08 грн.

    Накладнівидатки :612,50´1.5 =918,75 грн.

5.2.3. Кошторисвитрат на виконання НДР.

Таблиця 10.

N

 Назва елементів витрат

Сума витрат, грн.

1 Амортизаційні витрати 536,66 2

Оренда приміщення

94.5

3

Витрати на матеріали

466.08 4 Витрати на енергоресурси 2290.8 5

Заробітна плата

847,08 6 Накладні видатки 918,75 7 Відрахування на соціальні заходи 234,58 Всього 5388,45

5.3. Оцінка техніко-економічноїефективності.

В даній роботі для оцінкинауково-технічної і економічної ефективності використовуєтьсяметод бальних оцінок.

Щоб мати можливістьоперувати з любою кількістю ознак та показників при визначеннінауково-технічного ефекту НДР, необхідновикористовувати при визначенні цього ефекту певну оцінку. Критерій науково-технічної ефективності НДР (Кнте) визначається заформулою:

/>

де      sjk<sub/>- середнєзначення балу, присвоєне експертами певній якості n-їознаки;

  gj — нормована величина валовогокоефіцієнту властивостіn-ї ознаки;

  sjkmax — максимально можливавеличина балу.

Для оцінки науково-технічної ефективності окремих НДР найбільш доцільно прийнятичотири важливіших ознаки:науково-технічний рівень, перспективність, можливий масштаб впровадження, степіньймовірності успіху.


Tаблиця 11. Нормована величинавагового коефіцієнту важливості ознаки

Ознаки g

gi

Науково-технічний рівень g1

Перспективність g2

Можливий масштаб впровадження g3

Степінь ймовірності успіху g4

0.3

0.3

0.2

0.1

Кожна названа ознака володіє деяким набором якостей. На основі ряду експертнихдосліджень, кожне з яких проводиться в кілька турів з ціллю забезпеченнявисокої узгодженості думки експертів, були отримані округлені величини великихоцінок кожної якості j-ї ознаки.

Таблиця 12

Ознака

Якість ознаки

Бали

Науково-технічний рівень передбачених результатів

Перевищує світові досягнення

На рівні світових досягнень

Наближається до світових досягнень

Тривіальний

10

7

5

1

Ознака

Якість ознаки

Бали

Перспективність

Дуже важливі

Важливі

Корисні

10

7

3

Можливий масштаб

Використання

В декількох галузях господарства, науки

Галузевий

В межах підприємства

10

1

1

Ймовірність успіху

Велика

Помірна

Низька

10

6

3

Результати експертних дослідженьприведені в таблиці 13.

Таблиця 13.

Ознака

Мах Оцінка

Оцінка експертів

sjk

1

2

3

Науково-технічний рівень

Перспективність

Можливий масштаб використання

Ймовірність успіху

10

10

10

10

8

8

10

9

9

9

9

9

9

10

10

7

8.7

9

9.7

8

Кнте = (0.3´8.7+0.4´9+0.2´9.7+0.1´8)/(3+4+2+1)

Кнте = 0.895 />

Ефективність даної дипломної роботи полягаєв тому, що з її виконаннямвдалось визначити залежність характеристикМДН — структур відлегування цинком, атакож домогтися покращенняцих характеристик. Це дало можливість покращити роботу структур і їх електрофізичні параметри.

Величину економічного ефекту визначають методом порівняльної економічної ефективності з використаннярезультатів проведенихрозробок за наведеними витратами.

Абсолютна величина економічногоефекту.

Еп= [ (С1+Ен´К1)-(С2+Ен´К2) ]´Ап

 де Еп-середньорічна сумаекономічного ефекту, що очікується від реалізаціїНДР.

 С1і С2 — собівартістьодиниці продукції відповідно по базовому і новому варіантах в тому ж році.

 К1 і К2-питомі капітальні вкладення відповідно по базовому і новому варіантах.

 Ен — нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень.

 Ап — очікуваний річний об’єм виробництва продукції в натуральному або грошовому виразі.

Співставленняабсолютної величиниекономічного ефекту із витратами на проведенняНДР.

Ез = Еп/Зп

де Ез — коефіцієнт ефективності робіт з розрахунку на 1 грн.витрат.

Зп — передвиробничівитрати організації на проведення НДР.

Співставленняабсолютної величини економічногоефекту з витратами працівиконавців робіт.

Ен = Еп/R

де Ен — коефіцієнт ефективностіробіт по перерахунку на одноговиконавця.

  R — кількість виконавців, щоприймали участь у виконанніНДР.

  Еп= [(20+0.15´1100)-(19.5+0.15´2700)]´25 />

  Еп/> = 124400грн.

  Ез = 124400 / 5388.45=23,09 грн.

  Ен/> =124400/4=31100 грн.

5.4. Висновки з економічноїоцінки

 

Економічна оцінка дипломноїроботи, що носить науково — дослідний характер, показала, що робота є доситьефективною з економічної точки зору, оскільки має вагоме наукове значення ( якпоказує коефіцієнт науково – технічної ефективності) при порівняно невисокихзатратах.

В економічній частині дипломного проекту було виконанопланування НДР, для чого було використано систему сіткового планування іуправлівння, що забезпечило чітке узгодження всіх робіт в часі. Провівшиоптимізацію сіткового графіка, досягнено вирівнювання завантаження виконавців.В будь-який момент часу для виконання роботи необхідно не більше 4-хвиконавців. Здійснено розрахунок витрат на проведення НДР. Планова кошториснавартість робіт становить 5388,45 грн., з них на оплату праці – 847,08 грн.,відрахування на соціальні заходи – 234,58 грн. Визначенний коефіцієнт науково-технічноїефективності (К = 0.895)  є достатній для НДР і оправдовує понесені витрати.


ОХОРОНАПРАЦІ КОРОТКАХАРАКТЕРИСТИКА ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ.

Для виконання робіт по дослідженнювпливу легування на параметри МОН-структур застосовуються прилади:

·    установкадля вимірювання ВФХ АМЦ-1515 з напругою живлення 220 В;

·    самописецьз напругою живлення 220 В;

·    ВЧ-генераторз напругою живлення 220 В.

          Таким чином, у процесівиконання зазначених робіт можливі ураження електричним струмом, знаходження увисокочастотному електромагнітному полі. З метою створення сприятливих табезпечних умов при виконанні робіт пропонується ряд заходів з охорони праці.

2 ВИБІРПРИМІЩЕННЯ І ОРГАНІЗАЦІЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ.

Для проведення робіт пропонуєтьсяприміщення технологічної лабораторії з такими розмірами:

·    довжина          4.5м;

·    ширина 3.5 м;

·    висота    3.5м.

Кількість працюючих: 2 чоловіка. Об’єм приміщення: 55.125 куб. м. Об’єм повітря на одного працюючого: 55.125 / 2 = 27.5 куб. м. Загальна площа приміщення: 4.5 ´ 3.5 = 15.75 кв. м. Загальна площа на одного працюючого: 15.75 / 2 = 7.875 кв. м. Вільна від обладнання площа на одного працюючого: 7.25 кв. м.

У відповідності до вимог санітарнихнорм СН 245-71, на одного працівника необхідно не менше 4. 5 кв. м вільної відобладнання площі. Об’єм повітря повинен бути не менше 15 куб. м, а мінімальнависота стелі приміщення — 3. 5м

Обране приміщення відповідає вимогамсанітарних норм для виконання науково-дослідницьких робіт.

Згідно з ГОСТ 12.2.032-78пропонується робоче місце для виконання робіт в положенні «сидячи».

Для роботи пропонуєтьсявикористовувати письмові столи: висота робочої поверхні для мужчин — 1020 мм,

/>

Рис. 1. Приміщення та розташуванняобладнання:

1 — стіл з установкою для вимірювань;    2 — робочі місця;

3 — шафа;                                                    4- крісло.

                   ширина робочоїповерхні                        800 мм,

                   висота сидіння                                           430мм,

                   висота просторудля ніг                                     600 мм


4.3 МЕТЕОРОЛОГІЧНІ УМОВИ ВИРОБНИЧОГОСЕРЕДОВИЩА.

Згідно з ГОСТ 12. 1. 005-88 роботи відносяться долегких фізичних робіт категорії 1а:

                   енергозатрати не перевищують 150ккал/год;

                   надлишоквиділеного тепла не перевищує 20 ккал/год

          Оптимальні та допустимінорми температури, відносної вологості та швидкості руху повітря в робочій зоніприміщення представлені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Період року Категорія робіт Температура, град С

Відносна

вологість,

%

Швидкість

руху

не більше,

м/с

Оптимальна Допустима верхня границя нижня границя на робочих місцях постійних непостійних постійних непостійних Оптимальна Оптимальна Оптимальна Оптимальна холод-ний Легка 1а 22… 24 25 26 21 18 40… 60 75 0. 1 0. 1 теплий Легка 1а 23… 25 28 30 22 20 40… 60

55 (t=28oC)

0. 1 0. 2

 ВЕНТИЛЯЦІЯ І ОПАЛЕННЯ

Необхідний загальний повітрообмін:

L = K´V м3/год,

де:     К — кратність повітрообміну;V — об’єм приміщення.

К = 2,

V = 55. 125 м3

L = 2×55. 125 = 110. 25 м3/год.

У холодний період року передбачаєтьсявключення центрального водяного опалення.

Для забезпечення чистоти повітря тадотримання заданих метеорологічних умов згідно вимоги СНиП 2. 04. 05. 86 передбачаєтьсявстановлення кондиціонеру типу КБІ-0. 5-0143з такими характеристиками:

          максимальна продуктивністьпо повітрю:         500 м3/год;

          продуктивність по холоду:                       2300ккал/год;

          споживана потужністьелектроенергії:              1100 Вт.

ОСВІТЛЕННЯ.

Згідно СНиП ІІ-4-79[23] роботи відносяться до III розряду точності, оскільки мінімальний розміроб’єкту розпізнавання — не більше 0.3… 0.5 мм.

Природне освітлення.

          В лабораторіївикористовується бокове природне освітлення. Необхідні розміри вікон:

/>

де:     S0 — площавікон при боковому освітлення, м;

          S0 — площа підлоги, м2;

          /> -коефіцієнт природнього освітлення, визначений для IV зони за формулою:

/>,

                   еn — нормоване значення коефіцієнта природного освітлення, що дорівнює:   1. 5;            c — коефіцієнт сонячності клімату:                                                   0.75;

                   m — коефіцієнт світловогоклімату:                                                  0. 9

         

          K3 — коефіцієнт запасу;

          N0 — світлова характеристика вікна;

          t0 — загальний показник світлопропускання, що визначається, в свою чергу, заформулою:

t0= t1×t2×t3×t4×t5

          t1 — коефіцієнт пропусканняматеріалу вікна:

                   для подвійноговіконного скла                                    0. 8;

          t2 — коефіцієнт втрат:

                   для дерев'янихроздільних переплетень вікон            0. 6;

          t3 -коефіцієнт втрат несучої конструкції:

                   при боковомуосвітленні                                              1. 0;

          t4 — коефіцієнт втрат світла в сонцезахисних пристроях:

                   при використанніштор                                                1. 0;

          t5 — коефіцієнт втрат в сонцезахисній сітці:

                   при відсутностісітки                                          1. 0.

t0 = 0. 8×0. 6×1×1×1 = 0. 48;

V1 — коефіцієнт, що враховуєзбільшення КПО при боковому освітленні за рахунок           світла, відбитоговід поверхні приміщення;

К6 — коефіцієнт, що враховуєзатемнення вікон будівлями, що стоять навпроти.

                   Для нашогоприміщення:                         /> = 1.01;

                             Sn= 15. 8 м;                                      t0 = 0. 48;

                             V1= 2;                                               K3 = 1. 3;

                             N0= 13;                                   K6 = 1.

          Звідси:

/>

Необхідна площа вікон в приміщенні:

                             S0 = 2. 81 м2

В приміщенні є два вікна розміром 1.2´1.5 метра. Загальна площа вікон складає 2´1. 2´1. 5 = 3. 6 метра, що єбільшим від необхідної розрахункової площі вікон, тобто природне освітленнязадовольняє нормативним нормам.


Штучне освітлення.

          Для III розряду високоїточності виконуваних робіт нормована освітленість Е = 300 лк [22], оскількимінімальний розмір об’єкта розпізнавання — 0. 3… 0. 5 мм.

          Для освітлення обраносвітильники з люмінесцентними лампами. Сумарний світловий потік визначається заформулою [24]:

/>,

де      S — площа приміщення:                                                          15.8 м2;

          К — коефіцієнтзапасу:

                   для люмінесцентнихламп                                  1. 5… 2. 0;

          Z — коефіцієнтмінімальної освітленості:                      1. 1;

          h — коефіцієнт використання світловогопотоку,

                   що залежить відпоказників приміщення,

                   типу світильниката коефіцієнту відбиття стін,

                   стелі та робочоїповерхні                                            0. 45.

/>лм.

          Для освітлення приміщеннявикористані люмінесцентні лампи ЛБ-40, що мають світловий потік Фf= 2000 лм. Необхідна кількість ламп:

n = Фf /Фл

n = 17270 / 2000 = 18 шт.

          Лампи розміщені в чотирьохсвітильниках типу ЛПОЗІ-2х40-002У4 ( по дві в кожному світильнику) (рис. 2).

/>

Рис.2. Схема  розміщення світильників

ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКА.

Приміщення електролабораторії згідно з ПУЕ-86 [27] п.1. 1. 13 відноситься до 1-го класу, без підвищеної небезпеки (відсутні фактори,що створюють підвищену небезпеку, а саме:

а) вологість або струмопровідний пил;

б) струмопровідні підлоги;

в) підвищені температур;

г) можливість одночасного дотикулюдини до заземлених металоконструкцій приміщення та металевого корпусуелектрообладнання;

д) хімічно активного або органічногосередовища тощо).

Крім того, підлога біляелектроустановок вкрита електроізолюючим покриттям. По електробезпеці персонал, що обслуговує електроприлади в даній лабораторії згідно з вимогами ПТЕвідноситься до 1 групи. Для захисту від можливого ураження електричним струмомпередбачається захисне заземлення. До заземлюючого пристрою підлягаютьприєднанню: корпуси електричних машин, апаратів, а також металеві корпуси любихпереносних або пересувних електроприймачів. Опір заземлюючого пристрою в усіпори року згідно ПУЄ не повинен перевищувати 4 0м.

Всі з’єднання елементів заземлюючогопристрою виконуються зварюван­ням, приєднання до приладів — за допомогою спеціальнихлабораторних зажимів та гнучких провідників з січенням жил не менше 1. 5 кв.мм.

Розрахунок заземлюючого пристрою.

1. Вихідні дані:

          — питомий опір грунту:                                                r = 40 Oм×м;

          тип заземлювача:

                   вертикальний — пруток металевий                      d = 16 мм;

                   горизонтальний — сталева полоса 25 ´ 4 мм     b = 25 мм2

          — довжина вертикальнихзаземлювачів              l = 2. 5 м;

          — віддаль між вертикальнимизаземлювачами   а = 2. 0 м;

          — глибина прокладаннязаземлювача в грунті b = 0. 7 м.

2. Розрахунковий опір грунту:

/>

де      Y = 1. 32 — коефіцієнтсезонності.

rp3 = 1. 32 × 40 = 52. 8 Ом×м

3. Опір розтікання струму в земліодного вертикального заземлювача:

/>,

Z = h + l/2 = 0. 7+2. 5/2 = 1.95 м — віддаль від поверхні землі до середини вертикального заземлювача

/>

4. Необхідна кількість вертикальнихелектродів:

n = RB /(RH × n)

          n — 0. 45 — коефіцієнт екранування.

n= 16. 32 / (4 × 0. 45) = 9. 0 шт.

5. Довжина горизонтальногозаземлювача RГ, що з'єднує вертикальні заземлювачі:

L =а (n — 1)

L = 2 (9 — 1) = 16 метрів.

6. Опір горизонтального заземлювача К, прокладеного на глибині h = 0. 7 м від поверхні землі:

/>

/>Ом.

7. Загальний опір заземлюючогопристрою:

/>,

де      nB = 0. 5-коефіцієнт використання вертикального заземлювача;

          nГ = 0.6- коефіцієнт використання горизонтального заземлювача.

/>Ом.

Опір захисного заземлення задовольняєвимогам ПУЕ.

 

Розрахунок заземлюючого пристрою

Питомий опір грунту

r

Ом×м 40 Діаметр вертикального заземлювача

d

m 0. 016 Ширина полоси горизонтального

 

заземлювача

b

м 0. 025 Віддаль між вертикальними

 

заземлювачами

а

м 2

 

Довжина вертикальних заземлювачів

1

m 2. 5

 

Глибина прокладання заземлення

h

м

0. 7

Коефіцієнт сезонності

y

1. 32 Коефіцієнт екранування

ne

0. 45 Коеф. використання вертик. заземлювача

0. 5 Коеф. використання гориз. заземлювача

0. 6

 

Віддаль від поверхні землі

 

до середини вертикального заземлювача

Z

m 1. 95

 

Опір розтікання струму в землі

 

одного вертикального заземлювача

Ом 15. 4823

 

Необхідна кількість

 

вертикальних електродів

n

шт 9

 

Необхідна довжина

 

горизонтальних заземлювачів

L

м 16

 

Опір горизонтального

 

Заземлювача

2. 99016

 

Загальний опір

 

Заземлюючого пристрою

R

Oм 2. 03537 ЗАХИСТВІД ДІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ.

Оскільки випромінювання ВЧ має високупроникливість, то, згідно ГОСТ 12. 1. 006-84 пропонується проводити не рідшеодного разу на рік вимірювання напруженості та густини потоку енергіїелектромагнітного поля. Додатково такі вимірювання проводяться при введеннінових приладів, при внесенні змін в конструкцію, розміщення та режим роботидіючих пристроїв, після проведення ремонтних робіт або при організації новогоробочого місця. Роботи по перевірці рівня електромагнітних полів проводятьсяспеціальним персоналом з формою допуску до цих робіт. Результати вимірюваньфіксуються в спеціальному журналі у формі протоколу.

За даними останніх вимірювань,максимальне енергетичне навантаження з врахуванням часу дії його на організмпрацівника за робочу зміну в лабораторії складає 8. 5 Вт/кв. м. Максимальнезначення густини потоку енергії не повинно перевищувати 10 Вт/кв. м, що означає- додаткових засобів по захисту персоналу від електромагнітного поля передбачатине потрібно.

4.8ПОЖЕЖНА ПРОФІЛАКТИКА.

Згідно СНиП 2. 09. 02. 85 приміщення технологічної лабораторіївідноситься до категорії В ( пожежонебезпечна), в зв’язку з чим передбачаютьсявстановлення пожежної сигналізації, а саме — димового повідомлювача ДИ-1. Якпервинний засіб пожежогасіння передбачається встановити вуглекислотнийвогнегасник ОУ-5. На випадок виникнення пожежі передбачені шляхи евакуаціїлюдей та матеріальних цінностей.

/>

Рис. 3. Схема евакуації.

еще рефераты
Еще работы по коммуникациям и связям