Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники
МИФИ
Факультет «Ф»
Получение сверхчистых материалов для
микроэлектроники
Иванов Эдуард
Валериевич
______________
Консультант
Петров В.И.
1998
Введение.
Требования к свойствам материалов по мере развития
техники непрерывно растут, причём подчас необходимо получить труднореализуемые
либо даже несовместимые сочетания свойств . Это и порождает многообразие
материалов . Возникают новые классы сложных комбинированных материалов.
Материалы становятся всё более специализированные .
Большинство используемых в настоящее
время материалов создано в результате исследований, основанных на
экспериментально найденных закономерностях.
Применение германия стало возможным,
когда его удалось практически нацело очистить от примесей. В полупроводниковой
технике, важнейший и пока практически единственно области применения , германий
почти исключителен в виде монокристаллических слитков ультравысокой чистоты,
содержание примесей в таком германии составляет только несколько миллионных
долей процента.
Германий является рассеянным элементом и
получается в основном из отходов других производств. В последнее время одним из
важнейших источников получения германия США и Англии становиться каменный уголь.
Разработан ряд технологических схем получения германия из этого источника.
Техника получения монокристаллов германия
высокой чистоты разработана в настоящее время достаточно надежно и обеспечивает
выпуск монокристаллического германия в промышленном масштабе.
Ничтожное содержание примесей (порядка 10
– 10 %) резко изменяют электрические характеристики германия. Будучи намерено
вводимы в очищенный германий резко изменяют электрические свойства германия в
благоприятном направлении, улучшая его эксплуатационные характеристики.
В связи с этим, наряду с очисткой
германия, возникли важнейшие проблемы легирования германия ничтожно малым
количеством примесей, контроля этих примесей, и изучения их взаимодействия
между собой и с германием, изменением свойств германия в зависимости от состава
и т.п. Важнейшее место в этих исследованиях должно занять изучение процессов
диффузии примесей германия, вопросов изменения свойств германия в зависимости
от степени совершенства монокристалла, от теплового воздействия и т.д.
Получение
полупроводников.
Исторически так сложилось, что первоотцом
микроэлектороники является кремний . В природе кремний в основном встречается в виде
оксида кремния (IV) SiO2 ( песок, кварц ), а также в виде
силикатов. Схема получения силикатов представлена на рисунке 1.
Рисунок
1.
Не менее неободим в микроэлектронике и германий.
Эти два полуприводника почти в равной степени используются в микроэлектронике.
Общим методом получения кремния и германия
высокой степени чистоты является метод зонной плавки. Этот метод ( схема метода
зонной плавк приведена на рисунке №2)
Рисунок 2.
1 – Загрязнённые кристаллы в цилиндрической трубке
2 – Плавление кристаллов ( нагреватель –
раскалённая спираль )
3 – Трубка медленно движется относительно
спирали
4 – Вещество кристаллизуется после
прохождения зоны нагревания
5 – Примеси более растворимы в расплаве и
концентрируются в расплавленной зоне
В настоящее время...
В настоящее, время
проблема получения полупроводников высокой чистоты, менее актуальна чем раньше,
т.к. технологии получения уже относительно давно отработаны и стоят на должном
уровне. Ну а сейчас, ученые занимаются изучением оксидных плёнок и их возможным
применением в микроэлектронике и электронике в целом.
Основной проблемой
полупроводников является их нагревание во время работы. Отмечено, что основной
причиной, приводящей к деградации монокристаллов Si после нагрева, являются
структурные преобразования, связанные с частичным превращением алмазоподобного
Si в кремний со структурой белого олова. Причиной этих превращений, наблюдаемых
при высоких давлениях, является возникновение многочисленных очагов
концентрации напряжений вследствие анизотропии теплового расширения различно
ориентированных микрообъемов кристалла. В этих очагах возможно достижение
высоких давлений, необходимых для указанного фазового перехода. Высказано
соображение, что предотвращение процесса структурных превращений, приводящих к
деградации электрофизических свойств Si, возможно путем легирования его
переходными либо редкоземельными металлами, повышающими энергию межатомного
взаимодействия и за счет этого уменьшающими коэффициент термического
расширения. Выбор легирующих добавок обоснован расчетами энергии связи и
зарядовой плотности на основе системы неполяризованных ионных радиусов.
Для получения
полупроводников с электронной проводимостью ( n – типа ) с
изменяющейся в широких пределах концентрацией электронов проводимости используют
донорные примеси, образующие «мелкие» энергетические уровни в запрещённой зоне
вблизи дна зоны проводимости. Для получения полупроводников с дырочной
проводимостью ( P – типа ) вводятся акцепторные
примеси, образующие уровни вблизи потолка валентной зоны.
РАСПРОСТРОНЕНИЕ.
Основное
распространение полупроводники получили в компьютерных микросхемах и чипах. Именно
эта область микроэлектроники требует наибольшего количества кремния и германия,
причем очень высокой чистоты. В данной отрасли микроэлектроники наряду с сверхчистыми
кремнием и германием, всё больше и больше применяются сверхпроводящие материалы.
Описанные
выше методы, служат базой для современных разработок в данной области.
Список используемой литературы:
1.
Физическая энциклопедия – 1990
издательство «
Советская энциклопедия »
2.
Германий – 1985
Издательство иностранной литературы, Москва ( сборник переводов ).
3.
Материалы высокой чистоты – 1978
Издательство « Наука »
4. Журнал « Физика
и техника полупроводников » -
1997 - 8
5. Проблемы современной
электроники –
1996 –
Сергеев А. С.
6. Начала
современной химии - 1989- Рэмсден Э.Н.
издательство «
Ленинград «Химия» »
7. Радиолюбитель
– 1998-4
1998 – издательство
« РФСком »