Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

В нанотехнологиях повышение разрешающей способности может быть достигнуто без применения высокоэнергетических частиц за счет создания условий, запрещающих свободное распространение частиц через определенную область (эффекта туннелирования). Так, эффективная ширина потока туннедирующих электронов при использовании техники сканирующей зондовой микроскопии при энергии в доли эВ составляет десятые доли нм.

Решение проблемы фокусировки, обеспечивающее создание отдельных элементов с нанометровыми размерами, не решает задачи создания интегральных схем высокой интеграции. Для создания интегральной схемы с числом элементов 10... 10 даже при реализации теоретического предела чувствительности электронорезистов потребуется достаточно большое время экспонирования, неприемлемое ддя условий массового производства интегральных схем.

Как известно, существует сравнительно узкая область длин волн дальнего вакуумного ультрафиолета и примыкающая к ней область мягкого рентгеновского излучения, благоприятная для проникновения в диапазон размеров < 100 нм. Более короткое излучение сложно использовать из-за генерации рентгеновских фотоэлектронов. Применение этого диапазона длин волн, эксимерных лазеров и брегговских зеркал на основе покрытия Si-Mo, обеспечивающих получение для длины волны 14 нм, коэффициента отражения до 70 %, позволит в ближайшее десятилетие достичь разрешающей способности 50... 100 нм. В частности, компании Intel и IBM в 2001 г. освоили серийный выпуск интегральных схем (130 нм) по технологии, основанной на использовании АгР эксимерно-го лазера.

Рассмотрение современного состояния нанотехнологии показывает, что единственным прибором наноэлектроники, сохраняющим свою работоспособность вплоть до размеров 6... 10 нм, является кремниевый полевой нанотранзистор со структурой МДП.

Массовое производство сверхбольших интегральных схем на основе нанотранзисторов с минимальной длиной затвора 20 нм, а затем и 10 нм будет основываться на развитии методов проекционной рентгеновской литографии в области вакуумного ультрафиолета и проекционной электронной и ионной литографии и будет готово приблизительно к 2015 г. Основные параметры этих сверхбольших схем будут следующими: плотность размещения логических вентилей 10 см, размер кристалла 10...15см при плотности рассеиваемой мощности 100 Вт/см, рабочие частоты до 20...40 ГГц.

Полупроводниковые и диэлектрические соединения

Такие преимущества кремния как благоприятная для основной массы приборов и схем ширина запрещенной зоны {E= 1,1 эВ), возможность создания изолирующих (диэлектрических) слоев Si02 непосредственно в ходе технологических процессов создания приборов и иетегральных схем, возможность получения бездислокационных монокристаллов высокого структурного совершенства, практически неограниченные запасы в земной коре и многое другое делают кремний важнейшим полупроводниковым материалом сейчас и на ближайшую перспективу. Годовое производство полупроводникового кремния уже превышает 10 тыс. т. На его основе получают около 90% всех полупроводниковых приборов и схем.

Вместе с тем около 10 % приборов и схем, без которых немыслима современная электроника, не могут быть получены на основе кремния.

Можно назвать только несколько причин:

- Кремний является непрямозонным полупроводником и поэтому на его основе нельзя получить оптические квантовые генераторы (лазеры). Хотя в последнее время получены данные о создании лазеров на основе кремния, легированного эрбием, за счет прямых переходов в эрбий, но очень малая растворимость последнего в кремнии позволяет получить лазеры только малой мощности, которые не представляют практического интереса. Получение же пригодных и одновременно хорошо растворимых примесей является вряд ли разрешимой задачей.

- Важнейшим параметром полупроводниковых устройств является их быстродействие. В устройствах на основе кремния практически достигнуто максимально возможное для них быстродействие, В вычислительных устройствах, преобразователях энергии требуются новые материалы.

- Ширина запрещенной зоны в кремнии не позволяет получать на его основе приборы и схемы, способные работать при температурах выше 200 °С, что резко снижает перспективы его использования сейчас и тем более в перспективе. Для этого нужны материалы с существенно большей шириной запрещенной зоны.

- По этой же причине кремний не позволяет получать светодиоды, дающие излучение в широком диапазоне цветов, в частности близких к УФ излучению (синего, зеленого, голубого свечения).

Задачи могут быть решены, и во многом уже решаются, с помощью использования широкой гаммы полупроводниковых соединений и твер-



дых растворов (все более многокомпонентных) на их основе. Это соединения класса А В (GaS, GaP, AIN, GaN, InN, InP), a b (ZnS, ZnSe, CdS...) и др., позволяющие получать материалы с очень широким диапазоном значений ширины запрещенной зоны от нескольких десятых до > 6 эВ и светодиоды с широкой гаммой цветов. В последние годы удалось получить светодиоды голубого, зеленого свечения (что раньше не удавалось) на основе широкозонных нитридов III группы (A1N, GaN AlGa, InN...) на подложках GaN. Это намного превосходит выпускавшиеся до недавнего времени светодиоды на основе GaAs. Но широкое внедрение нитридов высокого структурного совершенства оказалось очень сложной задачей. Сейчас в развитых странах занимаются разработкой оптимальной технологии их получения.

Создаются полевые транзисторы на основе (А1, Ga)As/GaAs. Широкозонные нитриды резко повышают пробивные поля, позволяют получить вьюокую удельную мощность в диапазоне частот до сотен гигагерц с сохранением работоспособности до 600 °С (вместо 200 °С в схемах на основе кремния).

Это особенно важно, если учесть, что уже сейчас более 80 % информации, которую получает человек, составляет видеоинформация, получаемая в основном с помощью полупроводников.

Соединения АВ в основном прямозонные и потому используются для получения лазеров. Задача заключается в дальнейшем повышении их мощности.

Выполненные на основе полупроводниковых соединений интегральные схемы обладают значительно более высоким быстродействием, чем кремниевые. Лидирующее положение занимает в данном случае арсенид галлия (GaAs).

Одним из важнейших направлений электроники является получение полифункциональных электронных устройств. Возрастает роль тех направлений, которые способствуют преобразованию одних видов энергии в другую. Это назначение выполняется особым классом материалов электронной техники - диэлектрическими соединениями. Сотни диэлектрических соединений - в их числе сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, диэлектрические оптические акустоэлектрические устройства, электреты, пироэлектрики, - только диэлектрики позволяют взаимно преобразовывать электрические, магнитные, тепловые, акустические и оптические энергии.

Важен дистанционный контроль теплофизических процессов. Это позволит поднять на качественно новый уровень АСУТП в металлур-

2.3. ПРИБОРЫ И ТЕХНОЛОГИЯ НА ОСНОВЕ НЕПЛАНАРНОГО КРЕМНИЯ

В Московском институте стали и сплавов проводятся НИР по напраалению Непланарная силовая электроника . Это направление включает в себя разработку теоретических и технологических основ создания дискретных полупроводниковых приборов нового поколения, которые создаются на основе непланарных подложек - профилированных монокристаллов кремния.

Известно, что значительную часть в общем выпуске полупроводниковой продукции составляют дискретные приборы (диоды, транзисторы, тиристоры) для нужд силовой промышленной электроники и мощной преобразовательной техники.

По различным оценкам, для изготовления силовых полупроводниковых приборов (СПП) ежегодно расходуется от 8 до 10 % всего производимого в мире монокристаллического кремния [45].

Рынок потребления силовых электронных устройств постоянно расширяется, т.к. постоянно растет общий объем мирового потребления электроэнергии, промышленной продукции и сырья, идет постоянное усложнение технологических процессов на производстве, ужесточаются требования к экологии.

Работа выполняется докторантом Т.Т.Кондратенко и сотрудниками МИСиС и МГОУ - проф. В.В.Крапухиным и доц. Т.Я.Кондратенко.

ГИИ, энергетике, машиностроении, электронике, медицине, устройства с полевым управлением теплопроводности.

Диэлектрические материалы используются в виде монокристаллов, поликристаллов, пленок, жидких кристаллов. Актуальной является задача получения тонкопленочных диэлектрических устройств.

Электропроводность в этих материалах осуществляется, как правило, не за счет обычного перемещения подвижных электронов и дырок, а носит прыжковый характер, который мало изучен.

Актуальной задачей в области диэлектриков является также миниатюризация устройств.

Технологические трудности широкого использования диэлектрических соединений связаны с многокомпонентностью этих соединений, слабой изученностью структурных дефектов и др.



V, /-Si

/-Si

Рис. 2.14. Поперечное сечение кремниевой /)+- -и+-структуры силового диода при обратном смещении:

/ - распределение напряженности электрического поля £, в объеме р-п-перехода; 2 - распределение напряженности электрического поля Е на боковой поверхности ;7-/7-перехода; 3 - металл контакта; - ширина области объемного заряда в объеме ;7-/7-перехода; fV -ширина области объемного заряда на боковой поверхности р-п-пе-рехода; а - угол обратной и прямой фаски, соответственно

где и - напряжение пробоя на поверхности о-и-перехода, -

напряжение пробоя в объеме /7-л-перехода.

В полупроводниковой электронике существует несколько способов снижения величины напряженности электрического поля Е на поверхности: созданием охранных р-л-переходов [49, 50] (рис. 2.15, а); формированием охранных колец профилированием р- -переходов с помощью прямой (обратной) фаски (рис. 2.15, б), при этом прямой фаской принято называть скос поверхности, при котором уменьшается объем сильно легированной области р+-л-(или ri-p-) перехода.

Дальнейшее совершенствование способов профилирования поверхности кремниевых ;7-л-переходов силовых приборов развивалось по пути создания структур с двумя прямыми фасками (рис. 2.16, 2.17) на рабочие


Рис. 2.15. Схематическое устройство р-и-перехода с зашитой поверхности: о - сплошного охранного р-п-перехода; б - с помощью охранного кольца

Для каждой области применения имеются соответствующие типы приборов. Диапазон основных параметров современных СПП составляет 100... 1000 В по блокируемому напряжению, рабочий ток - от единицы до 5 10 А, время переключения - от сотен микросекунд до десятков пикосекунд и т.д. [45].

Развитие конструкций силовых полупроводниковых приборов идет в основном по пути увеличения рабочего тока и напряжения в соответствующих диапазонах частот.

Традиционно основным элементом в конструкции СПП является плоская пластина из монокристаллического кремния, на которой формируется та или иная полупроводниковая структура.

Простейшая структура состоит из двух слоев: п-п, р-р - высоколегированной подложки и рабочего слоя, в котором образуется ОПЗ. Такая структура применяется хшя изготовления выпрямительных диодов Шот-тки или слоев типа р-п, полученных методом диффузии или эпитаксии.

Поверхностные явления в современных силовых полупроводниковых приборах с р-п-переходами плоской структуры

Известно, что важнейшей проблемой при конструировании силовых полупроводниковых приборов с плоскими планарно-эпитакси-альными р- -переходами является полное исключение поверхностного пробоя при приложении обратного напряжения [46-48]. Это связано с тем, что силовые, например, кремниевые полупроводниковые приборы рассчитаны на рабочие напряжения (200...5000 В) и могут пропускать рабочий ток /j,p (10...2000 А) с р-л-переходами, изготовленными из высокоомного кремния с удельным сопротивлением р (7...600 Ом-см) с рабочей гитощадью (0,3...1000 см).

Поверхностный пробой [48-50] возникает в полупроводниковом р-п-переходе, если напряженность электрического поля превышает некоторую величину £тах = пр (рис. 2.14), определяемую шириной области объемного заряда в объеме р- -перехода. Напряженность электрического поля Е на поверхности - -перехода определяется шириной области объемного заряда Wsp на его поверхности. Критерием степени влияния поверхностных эффектов можно считать отношение напряженности электрического поля на поверхности к напряженности электрического поля Е = Е при пробеге в объеме:



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка