Температуры нагревателя

4.3. Зависимость коэффициента температурного ускорения от температуры кристалла

Под «горячими» понимают электроны, энергия которых значительно больше средней энергии равновесных носителей заряда. Эквивалентная температура таких электронов значительно больше температуры кристалла. Инжектированные в кристалл горячие электроны активно рассеиваются на колебаниях решетки, дефектах реальной структуры и т. д. В результате рассеяния горячие электроны теряют свою энергию и переходят в равновесное состояние.

Микросхемы на КМДП-транзисторах потребляют очень малую мощность при сравнительно высоком быстродействии. В статическом режиме потребление на один инвертор не превышает 0,01—0,1 мкВт, а в динамическом — не более ЮОмкВт на частоте 1 МГц. Это приводит к уменьшению температуры кристалла и повышению надежности.

Например, снижение рассеиваемой мощности на 50 мВт приводит к уменьшению температуры кристалла на 10°С и увеличению надежности примерно в два раза. Это особенно важно при проектировании БИС, где степень интеграции начинает сдерживаться не столько разрешающей способностью литографии, сколько предельно допустимой рассеиваемой мощностью на кристалле (~1 Вт).

Повышение температуры кристалла

Повышение температуры кристалла

через диоды, а также мощность, выделяемая в р-п переходе. Повышение температуры кристалла усиливает генерацию неосновных носителей, поэтому увеличивается обратный ток. При увеличении обратного тока в свою очередь растет мощность, температура перехода еще более повышается, что в конечном счете приводит к разрушению р-п перехода и выходу прибора из строя. Этот вид пробоя, приводящий к разрушению прибора, является наиболее нежелательным.

Переход электронов из валентной зоны в зону проводимости, в результате которого образуется пара электрон — дырка, может произойти в том случае, когда электрону сообщается дополнительная энергия, не меньшая ширины запрещенной зоны AW. Источником этой дополнительной энергии могут быть тепловые колебания решетки кристалла, поток квантов электромагнитного излучения» падающий на поверхность полупроводника, и т. п. Так как энергия тепловых колебаний узлов кристаллической решетки зависит от температуры кристалла, то при тепловом возбуждении количество электронов, получивших энергию, достаточную для перехода в зону проводимости, определяется температурой полупроводника.

Однако выходы микросхемы КР580ИК80 допускают потребление подключенными к ним устройствами относительно небольшого тока. Значение тока через эти выходы при высоком уровне напряжения (уровне лог. 1) /вых. < 0,1 мА, при низком уровне напряжения (уровне лог. 0) /?ых < 1,6 мА. Такая нагрузочная способность обеспечивает подключение к выходам микропроцессора не более одного входа микросхемы ТТЛ. Низкая нагрузочная способность выходов микропроцессора связана с тем, что на кристалле микропроцессора размещено большое число транзисторов и для обеспечения требуемого теплового режима должно быть малым тепло, выделяемое каждым транзистором. Следовательно, малыми должны быть токи через транзисторы. Увеличение же нагрузочной способности выходов потребовало бы использования на выходах мощных транзисторов, через которые протекали бы большие токи, а это привело бы к большому выделению тепла и недопустимому повышению температуры кристалла.

является изменение частоты, связанное с нестабильностью температуры кристалла, неточным выполнением его среза и с паразитными колебаниями, которые возникают при плохом креплении кристалла.

Упрощенная структурная схема такого источника опорного напряжения типа 2С483 (аналог ИМС LM199 фирмы «National Semiconductor») приведена на 31.7 а. Микросхема состоит из следующих функциональных узлов: интегрального стабилитрона ИС, стабилизатора температуры кристалла и датчика температуры ДТ. Все перечисленные элементы выполнены на одном кристалле и имеют глубокую тепловую связь. Интегральный стабилитрон имеет дифференциальное сопротивление меньше 0,5 Ом, исключительно низкий уровень шума и исключительно высокую долговременную стабильность. Время выхода на рабочий режим (время разогрева) составляет всего 3 с. Типовая схема включения ИМС приведена на 31.7 б.

При повышении температуры нагревателя размер переохлажденной области в расплаве уменьшается, и температура в нем и в столбике расплава увеличивается. В результате фронт кристаллизации поднимается вверх, и высота столбика возрастает. С увеличением поверхности мениска столбика расплава силы поверхностного натяжения также увеличиваются и сжимают столбик, и форма его из цилиндрической превращается в параболоид вращения ( 4.3,6). В этом случае касательная к поверхности мениска в точке его контакта с фронтом кристаллизации будет уходить под монокристалл, диаметр которого будет уменьшаться (как говорят, монокристалл «подрезается»).

Понижение температуры нагревателя тигля или уменьшение скорости кристаллизации, наоборот, приводит к увеличению размера переохлажденной области в расплаве, уменьшению высоты столбика и искривлению его мениска в противоположную рассмотренному выше случаю сторону: касательная к поверхности мениска в точке его контакта с фронтом кристаллизации направлена в сторону от монокристалла, в результате чего диаметр его увеличивается. В этом случае говорят, что монокристалл «разращивается» ( 4.3, в).

Подставка для тигля. Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, конструкция подставки существенно влияет на градиенты температуры в расплаве и растущем из него монокристалле. Так, если дно подставки намного толще боковых ее стенок, отвод тепла от расплава в осевом направлении, а следовательно, и градиент температуры в данном направлении уменьшаются. Другой пример — увеличение толщины стенок подставки влечет за собой повышение температуры нагревателя. При наличии теплового узла типа, показанного на 4.53, в, в окружающее пространство над тиглем будет поступать большее количество тепла, что повлечет за собой изменение осевых и радиальных градиентов температуры в растущем монокристалле.

На 2.15 представлено семейство кривых удельной поверхностной мощности абсолютно черного идеального нагревателя в функции температуры изделия и температуры нагревателя.

Зона нечувствительности современных терморегуляторов может быть сделана весьма малой и доведена до 0,1—0,2 °С. Однако действительные колебания температуры печи могут быть во много раз большими из-за динамического запаздывания в системе регулятор — печь. Основным источником этого запаздывания является инерция датчика — термопары, особенно если она снабжена двумя защитными чехлами; керамическим и металлическим. Чем больше это запаздывание, тем больше колебания температуры нагревателя превышают зону нечувствительности регулятора:. Кроме того, амплитуды этих колебаний очень сильно зависят от избытка мощности

У реальных машин обычно температура холодильника определяется условиями окружающей среды. Понижать ее, как правило, не целесообразно, это сопряжено с дополнительным расходованием энергии. Поэтому совершенствование машин идет по пути увеличения температуры нагревателя.

Температуры нагревателя п холодильника по-разному влияют па зпачоппя к. п. д. идеального обратимого цикла Карно.

В действительности шкала термоэлектрического прибора отличается от квадратичной. Строго квадратичная зависимость термо-э.д.с. от измеряемого тока получается только и начале шкалы, т. е. при малых превышениях температуры нагргвателя и горячего спая термопары относительно окружающей среды. При увеличении измеряемого тока, т. е. при дальнейшем повышении температуры нагревателя и горячего спая, увеличивается отвод тепла через наконечники, между которыми впаян нагреватель, а также увеличиваются потери на конвекцию и излучение, В результате квадратичный характер шкалы нарушается.

лорода и регулировали скорость потока водорода. Для введения пара МоС15 в аппарат с помощью буйка разбивали капилляр ампулы и хлорид возгоняли в токе водорода повышением температуры нагревателя на 85° С выше температуры масляного термостата.

В объеме монокристаллов, выращенных по методу Чохральского, типичным является полосчатое распределение ЛЭ по длине монокристалла, повторяющее форму фронта кристаллизации. Такая полосчатость (см. гл. I) объясняется периодическим изменением скорости кристаллизации, вызываемым вращением кристалла в асимметричном тепловом поле [180,181]. Наблюдалась также слоистость, обусловленная флуктуациями температуры под фронтом кристаллизации из-за термоконвекции расплава [182, 183]. На характер полосчатого распределения ЛЭ в продольном сечении кристалла влияют также нестабильность скоростей вращения и перемещения тигля и кристалла, вибрация кристалла и расплава, изменение температуры нагревателя, воды, охлаждающей камеру установки.

температуры нагревателя и изделия. К; С, =