Файл: 1. Типы химической связи, Особенности материалов электрон техники.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 52
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
электронной плотности, что приводит к поляризации.
Механизмы поляризации диэлектриков различны и зависят от характера химических связей. В ионных кристаллах (например NaCl) поляризация является результатом сдвига ионов друг относительно друга (ионная поляризация) и деформации электронных оболочек отдельных ионов (электронная поляризация). В кристаллах с ковалентной связью (например алмаз) поляризация обусловлена смещением электронов, осуществляющих химическую связь.
По функциям, выполняемым в приборах электронной техники, диэлектрики можно разделить на пассивные и активные.
Пассивные - это электроизоляционные и конденсаторные материалы. Электроизоляционные диэлектрики используют для создания электрической изоляции, которая окружает токоведущие части электрических устройств и отделяет друг от друга элементы схем, находящиеся под различными электрическими потенциалами.
Пассивные неорганические диэлектрики, применяемые в микроэлектронике, представляют собой очень большой класс материалов, который можно разделить на стекловидные диэлектрики, керамику, монокристаллические диэлектрические материалы.
Активные диэлектрики - это материалы, свойствами которых можно управлять в широком диапазоне с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники. Таким внешним воздействием может быть электрическое поле, механическое усилие, излучение, тепло.
К числу активных диэлектриков относят свгнето-, пьеэо- и пироэлек-трики; электреты; материалы для квантовой электроники; жидкие кристаллы; электро-, магнито- и акустооптические материалы; диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др. По строению и свойствам их можно подразделить на кристаллические и аморфные, полярные и неполярные диэлектрики.
Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиление, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание или преобразование информации. Резкой границы, однако, между активными и пассивными диэлектриками не существует. Один и тот же материал в различных условиях эксплуатации может выполнять либо пассивные функции изолятора или конденсатора, либо активные функции управляющего или преобразующего элемента.
Стекловидные диэлектрические материалы
Среди пассивных диэлектриков наиболее важными в практическом отношении являются стекловидные диэлектрические материалы: стекло, ситаллы, ситаллоцементы и композиционные материалы на основе стеклянной матрицы и неорганического наполнителя.
52. Стекла.
Стеклами называются все аморфные материалы полученные путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температуры затвердевания и обладающие в результати увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел. Причем переход из жидкого состояния в стеклообразное явно обратим.
У стекол отсутствует определенная температура плавления. При охлаждении расплава стекла, его взкость начинает плавно возрастать и при значении 108 Па*С на кривой вязкости (Ln() от t)появляется первый перегиб. Температура соответствующая этой вязкости обозначается tF и называется температурой текучести. Выше этой температуры Стекло имеет свойства жидкости, при дальнейшем охлаждении при вязкости 1012 Па*С на кривой наблюдается второй перегиб. Температура соответствующая такой вязкости обозначается tg и называется температурой стеклования. Ниже этой температуры стекло приобретает свойство твердого тела. А в интервалах этих температур стекло находится в высокоэластичном состоянии.
Стекло как переохлажденный расплав находится в неравновесном метастабильном состоянии, однако вследствие высокой вязкости препятствующей кристаллизации стекло может существовать очень долго. В стеклообразном состоянии могут находитья вещества как органические так и неорганические.
Органические стекла представляют собой органические полимеры. Наибольшее практическое применение нашли органические стекла на осонове полиметилметакрылата. Среди неорганических веществ в стеклообразном состоянии могут находиться как простые S,Se,Te,P так и сложнве соединения.
В результате неорганические стекла разделяются на элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные.
Самый большой класс неорганических стекол составляют оксидные стекла, по виду стеклообразующего оксида эти стекла –классифицируют на силикатные, боратные, фосфатные, перманатные и.т.д.
Только оксидные стекла обладают диэлектрическими свойствами.
Силикатные стекла самый распространенный класс оксидных стекол они широко применяются в электронике.
Большинство свойств стекол аддитивны, т.е. плавно изменяются при изменении концентрации компонентов. Это позволяет с достаточной точностью заранее прогнозировать свойства стекла того или иного состава и изготавливать материалы с заранее заданными свойствами.
53. Строение стекол.
Теория строения стекла наибольшее распространение получили представления о существовании в стекле непрерывной беспорядочной сетки. Согласно этой гипотезе стекло рассматривается как сплошная атомная 3-хмерная сетка лишенная симметрии и периодичности.
Основой строения силикатных стекол являются комплексы SiO4- -тетраэдры с очень прочными связями Si-О. Отдельные тетраэдры могут быть скреплены в цепи "мостиковым" кислородом. Таким образом образуется непрерывная сетка, имеющая ближний порядок, но у которой отсутствует дальний порядок.
Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать непрерывную структурную сетку, называются модификаторами. К группе модификаторов относятся, например, оксиды элементов I и II групп Периодической системы. При введении в состав стекла модификаторов происходит разрушение некоторой части мостиковых связей, что сопровождается дроблением пространственной сетки. Вследствие этого свойства стекла меняются, модифицируются.
54 Ситаллы или стеклокристаппические материалы - поликристаллические вещества, получаемый регулируемой кристаллизацией стекла. Для получения ситаллов в расплавленное стекло вводят катализаторы кристаллизации, на которых происходит рост кристаллов основной фазы.
В качестве кристаллизаторов (нуклеаторов) чаще всего применяют: TiO2, Р2О5, Сr2О3, V2O5, ВзОз, ZrO2, SnO2, WOз. МоОз и т.д.
Технология получения ситалов состоит из нескольких стадий.
Главные из которых формирование изделий и двуступенчатая термообработка.
1) ступень 500-700 С – образование зародышей кристаллизации.
2) ступень 900 – развитие кристаллических фаз.
В результате кристаллизации содержание остаточной стекловидной фазы в ситалле может колебаться от 2 до 50 %. Размеры кристаллов в стеклокристаллических материалах не более 1 мкм. Изменяя состав исходного стекла, тип кристаллизатора и режим термообработки, можно получать ситаллы с определенными свойствами.
Фх свойства опеделяются содержанием кристаллической фазы и могут изменяться в очень широких пределах. Все ситалы превосходят стекла по прочности и термостойкости, их хрупкость значительно меньше чем у исходных стекол.
Стекпокристаллические цементы или ситалпоцеиенты - отличаются от ситаллов содержанием кристаллической фазы. У ситаллоцементов количество кристаллической фазы значительно меньше, т.е. больше стеклофазы.
Ситалоцементы характеризуются после нагрева до температуры превышающей температуру размягчения стекла.
55 Функции пассивных диэлектриков в микроэлектронике.
Основные пассивные функции, которые выполняют диэлектрики в составе полупроводниковых интегральных схем, следующие.
1. Подложки для ИС, изготавливаемых по тонко- и толстопленочной технологии.
2. Диэлектрические детали корпуса и кристаллодержатели. Применяются бериллиевая керамика, ситаллы, композиционные материалы.
3. Структуры КНИ (кремний на изоляторе), которые позволяют изготавливать ИС с полной диэлектрической изоляцией.
4. Конденсаторы и резисторы для толстопленочной технологии. Пленки стекол используются и в качестве диэлектриков тонкопленочных конденсаторов (SiO2, Si3N4, Al2O3, Та2О5).
5. Защитные пленки для бескорпусной защиты СБИС и толстоплв-ночных БГИС. Используют стекла БСС, ФСС, БФСС и другие легкоплавкие стекла, SiO2 + Si3N4
6. Межслойная изоляция. Используются SiO2, те же диэлектрики, что и в предыдущем пункте.
7. Пассивация и стабилизация полупроводниковой поверхности. В технологии СБИС применяют стекловидные диэлектрические пленки ФСС, БСС и БФСС, которые способны выполнять роль геттеров нежелательных легкоподвижных ионов (Na*, К*,Сu2*, Аg*), блокируя их в своем объеме и стабилизируя тем самым параметры приборов.
8. Планаризация развитого рельефа. Используются пленки БСС и ФСС. Размягчаясь при 1000 - 1100 °С, такие пленки формируют гладкий рельеф, что применяется для сглаживания развитого рельефа в многоуровневых СБИС. Использование БФСС позволяет снизить температуру оплавления ниже 1000 6С, при этом геттерирующие свойства сохраняются.
9. Маскирующие покрытия. Сквозь специально сформированные окна в таких покрытиях осуществляется диффузия в полупроводник легирующей примеси. Используются SiO2, Si3N4
Механизмы поляризации диэлектриков различны и зависят от характера химических связей. В ионных кристаллах (например NaCl) поляризация является результатом сдвига ионов друг относительно друга (ионная поляризация) и деформации электронных оболочек отдельных ионов (электронная поляризация). В кристаллах с ковалентной связью (например алмаз) поляризация обусловлена смещением электронов, осуществляющих химическую связь.
По функциям, выполняемым в приборах электронной техники, диэлектрики можно разделить на пассивные и активные.
Пассивные - это электроизоляционные и конденсаторные материалы. Электроизоляционные диэлектрики используют для создания электрической изоляции, которая окружает токоведущие части электрических устройств и отделяет друг от друга элементы схем, находящиеся под различными электрическими потенциалами.
Пассивные неорганические диэлектрики, применяемые в микроэлектронике, представляют собой очень большой класс материалов, который можно разделить на стекловидные диэлектрики, керамику, монокристаллические диэлектрические материалы.
Активные диэлектрики - это материалы, свойствами которых можно управлять в широком диапазоне с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники. Таким внешним воздействием может быть электрическое поле, механическое усилие, излучение, тепло.
К числу активных диэлектриков относят свгнето-, пьеэо- и пироэлек-трики; электреты; материалы для квантовой электроники; жидкие кристаллы; электро-, магнито- и акустооптические материалы; диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др. По строению и свойствам их можно подразделить на кристаллические и аморфные, полярные и неполярные диэлектрики.
Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиление, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание или преобразование информации. Резкой границы, однако, между активными и пассивными диэлектриками не существует. Один и тот же материал в различных условиях эксплуатации может выполнять либо пассивные функции изолятора или конденсатора, либо активные функции управляющего или преобразующего элемента.
Стекловидные диэлектрические материалы
Среди пассивных диэлектриков наиболее важными в практическом отношении являются стекловидные диэлектрические материалы: стекло, ситаллы, ситаллоцементы и композиционные материалы на основе стеклянной матрицы и неорганического наполнителя.
52. Стекла.
Стеклами называются все аморфные материалы полученные путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температуры затвердевания и обладающие в результати увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел. Причем переход из жидкого состояния в стеклообразное явно обратим.
У стекол отсутствует определенная температура плавления. При охлаждении расплава стекла, его взкость начинает плавно возрастать и при значении 108 Па*С на кривой вязкости (Ln() от t)появляется первый перегиб. Температура соответствующая этой вязкости обозначается tF и называется температурой текучести. Выше этой температуры Стекло имеет свойства жидкости, при дальнейшем охлаждении при вязкости 1012 Па*С на кривой наблюдается второй перегиб. Температура соответствующая такой вязкости обозначается tg и называется температурой стеклования. Ниже этой температуры стекло приобретает свойство твердого тела. А в интервалах этих температур стекло находится в высокоэластичном состоянии.
Стекло как переохлажденный расплав находится в неравновесном метастабильном состоянии, однако вследствие высокой вязкости препятствующей кристаллизации стекло может существовать очень долго. В стеклообразном состоянии могут находитья вещества как органические так и неорганические.
Органические стекла представляют собой органические полимеры. Наибольшее практическое применение нашли органические стекла на осонове полиметилметакрылата. Среди неорганических веществ в стеклообразном состоянии могут находиться как простые S,Se,Te,P так и сложнве соединения.
В результате неорганические стекла разделяются на элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные.
Самый большой класс неорганических стекол составляют оксидные стекла, по виду стеклообразующего оксида эти стекла –классифицируют на силикатные, боратные, фосфатные, перманатные и.т.д.
Только оксидные стекла обладают диэлектрическими свойствами.
Силикатные стекла самый распространенный класс оксидных стекол они широко применяются в электронике.
Большинство свойств стекол аддитивны, т.е. плавно изменяются при изменении концентрации компонентов. Это позволяет с достаточной точностью заранее прогнозировать свойства стекла того или иного состава и изготавливать материалы с заранее заданными свойствами.
53. Строение стекол.
Теория строения стекла наибольшее распространение получили представления о существовании в стекле непрерывной беспорядочной сетки. Согласно этой гипотезе стекло рассматривается как сплошная атомная 3-хмерная сетка лишенная симметрии и периодичности.
Основой строения силикатных стекол являются комплексы SiO4- -тетраэдры с очень прочными связями Si-О. Отдельные тетраэдры могут быть скреплены в цепи "мостиковым" кислородом. Таким образом образуется непрерывная сетка, имеющая ближний порядок, но у которой отсутствует дальний порядок.
Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать непрерывную структурную сетку, называются модификаторами. К группе модификаторов относятся, например, оксиды элементов I и II групп Периодической системы. При введении в состав стекла модификаторов происходит разрушение некоторой части мостиковых связей, что сопровождается дроблением пространственной сетки. Вследствие этого свойства стекла меняются, модифицируются.
54 Ситаллы или стеклокристаппические материалы - поликристаллические вещества, получаемый регулируемой кристаллизацией стекла. Для получения ситаллов в расплавленное стекло вводят катализаторы кристаллизации, на которых происходит рост кристаллов основной фазы.
В качестве кристаллизаторов (нуклеаторов) чаще всего применяют: TiO2, Р2О5, Сr2О3, V2O5, ВзОз, ZrO2, SnO2, WOз. МоОз и т.д.
Технология получения ситалов состоит из нескольких стадий.
Главные из которых формирование изделий и двуступенчатая термообработка.
1) ступень 500-700 С – образование зародышей кристаллизации.
2) ступень 900 – развитие кристаллических фаз.
В результате кристаллизации содержание остаточной стекловидной фазы в ситалле может колебаться от 2 до 50 %. Размеры кристаллов в стеклокристаллических материалах не более 1 мкм. Изменяя состав исходного стекла, тип кристаллизатора и режим термообработки, можно получать ситаллы с определенными свойствами.
Фх свойства опеделяются содержанием кристаллической фазы и могут изменяться в очень широких пределах. Все ситалы превосходят стекла по прочности и термостойкости, их хрупкость значительно меньше чем у исходных стекол.
Стекпокристаллические цементы или ситалпоцеиенты - отличаются от ситаллов содержанием кристаллической фазы. У ситаллоцементов количество кристаллической фазы значительно меньше, т.е. больше стеклофазы.
Ситалоцементы характеризуются после нагрева до температуры превышающей температуру размягчения стекла.
55 Функции пассивных диэлектриков в микроэлектронике.
Основные пассивные функции, которые выполняют диэлектрики в составе полупроводниковых интегральных схем, следующие.
1. Подложки для ИС, изготавливаемых по тонко- и толстопленочной технологии.
2. Диэлектрические детали корпуса и кристаллодержатели. Применяются бериллиевая керамика, ситаллы, композиционные материалы.
3. Структуры КНИ (кремний на изоляторе), которые позволяют изготавливать ИС с полной диэлектрической изоляцией.
4. Конденсаторы и резисторы для толстопленочной технологии. Пленки стекол используются и в качестве диэлектриков тонкопленочных конденсаторов (SiO2, Si3N4, Al2O3, Та2О5).
5. Защитные пленки для бескорпусной защиты СБИС и толстоплв-ночных БГИС. Используют стекла БСС, ФСС, БФСС и другие легкоплавкие стекла, SiO2 + Si3N4
6. Межслойная изоляция. Используются SiO2, те же диэлектрики, что и в предыдущем пункте.
7. Пассивация и стабилизация полупроводниковой поверхности. В технологии СБИС применяют стекловидные диэлектрические пленки ФСС, БСС и БФСС, которые способны выполнять роль геттеров нежелательных легкоподвижных ионов (Na*, К*,Сu2*, Аg*), блокируя их в своем объеме и стабилизируя тем самым параметры приборов.
8. Планаризация развитого рельефа. Используются пленки БСС и ФСС. Размягчаясь при 1000 - 1100 °С, такие пленки формируют гладкий рельеф, что применяется для сглаживания развитого рельефа в многоуровневых СБИС. Использование БФСС позволяет снизить температуру оплавления ниже 1000 6С, при этом геттерирующие свойства сохраняются.
9. Маскирующие покрытия. Сквозь специально сформированные окна в таких покрытиях осуществляется диффузия в полупроводник легирующей примеси. Используются SiO2, Si3N4