Кристаллической структуре

Критические размеры частиц зависят от их формы, кристаллической структуры и магнитных свойств материала.

Особенностью тонких пленок является заметное отличие их физических свойств от аналогичных свойств монолитных образцов. Наиболее существенным является увеличение объемного сопротивления, которое при -очень малой толщине можно связывать с размерными эффектами. Однако при толщине пленок порядка тысяч ангстрем главная роль принадлежит особенно-:тям кристаллической структуры тонких проводящих членок, которая существенно отличается от структуры монолитных образцов.

В качестве подложки используют кремниевые пластины толщиной 300 мкм и диаметром 60 — 100 мм или пластины из арсенида галлия толщиной 300 мкм и диаметром 20 — 40 мм. Для изготовления ИМС требуются подложки р-и n-типа электропроводности с удельным сопротивлением от 0,01 до 10 Ом/см или диэлектрические подложки. Важное значение имеет высокое качество поверхности (неровность менее 0,25 мкм) и совершенство кристаллической структуры (плотность дислокаций порядка 102 см~2).

Отбраковка в процессе изготовления ИМС включает в себя операции разбраковки структур по электрическим параметрам, отбраковки поврежденных структур посредством визуального контроля и, наконец, контроль собранных и испытанных на центрифуге ИМС перед их герметизацией. На последнем этапе контроля выявляется основная часть дефектных микросхем, обычно отказывающих в эксплуатации из-за дефектов соединительных выводов, обрывов контактных соединений и внутрисхемной разводки, коротких замыканий проволочных выводов между собой и на другие элементы ИМС, царапин и загрязнений поверхности структуры, дефектов кристаллической структуры, неправильного монтажа кристалла на основании корпуса, наличия инородных частиц и др.

Определение кристаллической структуры интерметаллических соединений, включений, загрязнений

Важнейшими особенностями полевых транзисторов являются малый уровень собственных шумов и стабильность параметров ьо времени. Это объясняется тем, что выходной ток в полевом транзисторе протекает в объеме монокристалла, в котором отсутствуют поверхностные дефекты кристаллической структуры, вызывающие у МДП-транзисторов шумовые флуктуации тока, нестабильность параметров и снижение подвижности носителей заряда. В силу своей структуры и принципа работы полевые транзисторы защи-

Химическое травление осуществляется в подходящем для данного полупроводникового материала травителе в течение фиксированного интервала времени. Этот метод успешно используется для легированного арсенида галлия. К недостаткам химического травления относится зависимость скорости травления от температуры,, ориентации образца и нарушений кристаллической структуры, ионно-легированных слоев.

При воздействии высоких гидростатических давлений характер изменения р у различных металлов может быть весьма различным; при этом могут наблюдаться повышения, понижения и обусловленные полиморфическими переходами (изменениями кристаллической структуры вещества) скачкообразные изменения р. Такие скачки р (висмута, бария, таллия, свинца и др.) при изменении гидростатического давления используют в качестве реперных точек при измерениях высоких давлений.

Современные полупроводниковые приборы и полупроводниковые интегральные микросхемы имеют среднее время безотказной работы до 109 ч. Существуют четыре вида отказов полупроводниковых приборов: 1) короткое замыкание между электродами; 2) пробой п—р-перехода; 3) обрыв в цепи электродов; 4) изменение электрических параметров. Это обусловлено самыми разнообразными физико-химическими процессами, происходящими в полупроводниковых кристаллах. Главный фактор, ускоряющий протекание процессов, которые приводят к выходу из строя полупроводниковых приборов, — температура: при ее увеличении от +40 до +80 °С интенсивность отказов увеличивается в среднем в 10 раз. Наиболее часто отказы полупроводниковых приборов происходят из-за дефектов на поверхности кристаллической структуры, которые часто возникают из-за негерметичности корпуса, вследствие чего в прибор проникают влага и газы и воздействуют на поверхность кристалла, При этом поверхность разрушается и возникают различные нарушения и области отрицательных или положительных зарядов, вызывающих изменение концентраций носителей зарядов, особенно неприятные вблизи п—р-перехода. Это сильно увеличивает обратный ток перехода, уменьшает про-

Такие дефекты называют радиационными. При внедрении ионов в кристалл и при их взаимодействии с кристаллической решеткой возникают структурные дефекты типа дефектов по Френкелю. В результате вблизи поверхности полупроводника появляются сильно разупорядоченные области. Структурные дефекты влияют на электрофизические свойства полупроводника по следующим основным причинам. Во-первых, они вызывают появление энергетических уровней в запрещенной зоне полупроводника, увеличивая тем самым скорость рекомбинации и снижая концентрацию подвижных носителей заряда. Во-вторых, они уменьшают подвижность носителей заряда. Все это приводит к тому, что электропроводность легированных слоев определяется не только концентрацией введенных ионов, но также концентрацией возникающих структурных дефектов. Концентрация дефектов пропорциональна дозе облучения. Однако при больших дозах наступает насыщение, что можно объяснить слиянием отдельных дефектов и образованием сплошного разупорядоченного слоя, не имеющего кристаллической структуры. Уменьшение концентрации дефектов может быть достигнуто путем последующего отжига полупроводниковых подложек. Проведение отжига при температуре Г=400ч-700°С приводит к увеличению коэффициента использования вводимой примеси, так как тепловое возбуждение кристаллической решетки способствует расположению ионов в ее узлах. Коэффициент использования примеси в результате

К третьей группе — выявление дефектов кристаллической структуры: выходов дислокаций, границ блоков или зерен, границ двойников и т. д.; выявление неоднородностей в распределении примесей, границ p-n-переходов, преципитатов и др.

Энергия кристаллографической магнит-нойанизотроп ии Ея. Рассмотрим кратко некоторые вопросы, относящиеся к кристаллической структуре ферромагнетиков.

В настоящее время используют сотни различных марок ферритов, отличающихся по химическому составу, кристаллической структуре, магнитным и другим свойствам. Помимо однокомпонентных ферритов большое распространение получили двух- и многокомпонентные ферриты. Наиболее широко применяют магнитомягкие и магнито-твердые ферриты, ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса, ферриты для устройств СВЧ, ферриты с большой константой магнитострик-ции. Области и объем использования ферритов непрерывно расширяются.

Особенностью стекол является то, что при нагреве они сначала размягчаются (переходят из твердого состояния в высокоэластичное), а затем при дальнейшем увеличении температуры может произойти кристаллизация (переход к кристаллической структуре). В зависимости от химического состава стеклообразные материалы могут быть диэлектриками, полупроводниками и проводниками. Типичными представителями стеклообразных полупроводников являются халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП), которые представляют собой сплавы халькогенов — элементов шестой группы периодической системы (серы S, селена Se или теллура Те) с элементами пятой (мышьяк As, сурьма Sb) или четвертой (кремний Si, германий Ge) групп. К этим же материалам относят элементарный халькоген — стеклообразный селен.

Дефекты в кристаллической структуре полупроводника хорошо выявляются при совмещении электрической и термической нагрузок в режиме большого тока, вызывающем перегревы р-п перехода в местах дислокации, что в свою очередь может привести к «эффекту шнурования тока» и прожиганию р-п перехода.

Сингулярными плоскостями являются такие плотно-упакованные плоскости, при присоединении к которым атома или группы атомов остаются свободными менее половины возможных связей плоскости. Этому критерию в кристаллической структуре типа сфалерита, характерной для большинства соединений AIIIBV и AllBV[, соответствуют плоскости {100} и {111}. Поэтому эпитаксиальное наращивание этих соединений и их твердых растворов производят на подложках, ориентированных по {100} или {111}.

Магнитные свойства проявляются в чистом виде у кристаллов ферромагнитных веществ. В кристаллической структуре ферромагнитных веществ ионы располагаются в строго определенном порядке. Например, в пространственной решетке кристаллов железа, которая имеет кубическую структуру ( 12-4), в вершинах решетки располагаются положительные ионы, часть же валентных электронов, перешедших в зону электронной проводимости, заполняет пространство внутри решетки, образуя электронный газ. Силы взаимодействия между ионами удерживают ионы в соответствующих точках кристаллической решетки.

щие на поверхность роста кристалла, обладают большей свободной энергией и поэтому могут легче перемещаться по поверхности и отыскивать правильные положения в кристаллической структуре. Следовательно, можно ожидать, что при более высоких температурах увеличивается скорость роста монокристаллического слоя и гарантируется высокое совершенство его кристаллической структуры. При температурах ниже 1100°С трудно вырастить совершенный эпитаксиальный слой кремния из SiCl4 со скоростью, большей 0,1 мкм/мин. При температурах около 1200°С можно достигнуть скорости роста 1 мкм/мин. При температуре 1270°С совершенные кристаллы получаются при скорости роста 5 мкм/мин.

В качестве пассивных подложек для гибридных ИМС (ГИС) наиболее широко используются ситалл и алюмо-керамика. Основные требования к подложкам ГИС следующие: высокая механическая прочность, высокое значение диэлектрической постоянной, высокая электрическая прочность, минимальная шероховатость поверхности, высокая чистота поверхности, хорошая совместимость с осаждаемыми на нее материалами. К кристаллической структуре этих подложек не предъявляется каких-либо особых требований.

Вычисление радиуса боровской орбиты «лишнего» электрона пятивалентной примеси показывает, что его величина примерно в сто раз превышает г0 — постоянную решетки основного полупроводника и 9-3, а лишь качественно иллюстрирует положение примесного атома в кристаллической структуре кремния.

В основе электрических явлений в полупроводниковых приборах лежат процессы движения свободных носителей электрических зарядов — частиц, не связанных с отдельными атомами и способных свободно перемещаться в кристаллической структуре. В полупроводниках свободные носители: зарядов могут образоваться в результате разрыва валентных связей и отделения от атомов полупроводника валентных электронов либо в результате ионизации атомов примесей. Процессы образования свободных частиц называют генерацией свободных носителей заряда, а процессы возвращения свободных частиц в связанное состояние — рекомбинацией.

Рекомбинация через ловушки. Наиболее вероятен процесс рекомбинации с участием дефектов структуры в виде примесных центров. Примеси, обычно используемые при легировании полупроводников (В, А1, Р, As и др.), как уже отмечалось (см. § 9-2), образуют мелко залегающие (ДЕД « Д/?а»..0,01 эВ) локальные уровни. Атомы таких примесей не могут существенно повлиять на процессы рекомбинации, так как энергия, выделяемая, например, при переходе электрона из зоны проводимости на акцепторный уровень, почти равна Д.Е3- Однако такие примеси, как медь, золото и другие, создают ряд примесных уровней, часть которых располагается вблизи середины запрещенной зоны (см. табл. 9-2). Так, например, одновалентный атом золота, замещая в кристаллической структуре атом германия, образует три локальных уровня, два из которых (Ev + 0,16 и Ес — 0,29) лежат достаточно далеко от дна зоны проводимости и потолка валентной зоны. Такой атом, вообще говоря, может присоединить (захватить),три недостающих для образования валентных связей электрона. Переход из зоны проводимости на локальный уровень ?'(2 (переход 2 на 9-9, а) более вероятен, чем межзонный переход частицы. В дальнейшем этот захваченный электрон может либо возвратиться обратно в зону проводимости (переход 3), либо перейти в валентную зону (переход 4), что эквивалентно переходу дырки из валентной зоны на уровень примеси. В последнем случае происходит как бы ступенчатая рекомбинация, при которой энергия Д?3 выделяется порциями.