Получение сверхчистых материалов для микроэлектроники

Получение сверхчистых
материалов для микроэлектроники

План
Введение.
1. Получение полупроводников
2. Анализ исследований
3. Применение полупроводников.
Список литературы
Введение.
При развитии
техники требования к свойствам материалов постоянно растут, причём иногда
необходимо получить труднореализуемые либо даже несовместимые сочетания свойств . Это и порождает многообразие материалов . Возникают новые
классы сложных комбинированных материалов. Материалы становятся всё более
специализированные.
Многиео используемые в настоящее время материалы созданы в
результате исследований, основанных на экспериментально найденных
закономерностях. К таким материалам, используемым в микроэлектронике относится,
германий, ещё недавно не находивший применения в технике. Стал одним из
важнейших материалов, обеспечивающих развитие современной техники на одной из
важнейших передовых позиций – техники полупроводниковых диодов и триодов.
Германий стали
применять, 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.
В настоящее
время достаточно надежно разработана техника получения монокристаллов германия
высокой чистоты, которая обеспечивает выпуск монокристаллического германия в
промышленном масштабе.
Низкое
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.
Поэтому
параллельно 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.
1. Получение
полупроводников.
Первоначально
в микроэлектронике использовался 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.
Также
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
Методом
осаждения ионов данного металлоида на катоде в расплаве так же можно получить очень
чистые материалы
(
но этот метод по своей сути очень
похож на зонную плавку ). В основном это расплавы сульфатов германия и оксидов
кремния. Кстати впервые этот метод был использован при получении алюминия в
девятнадцатом веке, что привело к колоссальному падению цен на этот металл,
который до этого был ценнее золота.

2. Анализ исследований
Сейчас
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.
Главной
задачей 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.
3. Применение
полупроводников.

В
основном полупроводники распространены 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 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
8. Современные достижения в
микроэлектронике –

1998 – издательство “
РФСком