Термического равновесия

Выбор марки припоя определяется назначением и конструктивными особенностями изделий, типом основного металла и технологического покрытия, максимально допустимой температурой при пайке ЭРЭ, а также технико-экономическими и технологическими требованиями, предъявляемыми к паяным соединениям. К техническим требованиям относятся достаточная механическая прочность и пластичность, заданные теплопроводность и электрические характеристики, коэффициент термического расширения (КТР), близкий к КТР паяемого металла, коррозионная стойкость как в процессе пайки, так и при эксплуатации соединений. Припой должен быть экономичным и не содержать дефицитных компонентов. Технологические требования к припою предусматривают хорошую смачиваемость соединяемых им металлов, высокие капиллярные свойства, малый температурный интервал кристаллизации для исключения появления пор и трещин в паяных соединениях, возможность дозирования его в виде проволоки, трубок с наполнением их флюсом, шариков, таблеток и т. п.

Ограничением применения ДИП-корпусов является их преимущественная ориентация на установку выводов в отверстия печатной платы с последующей их опайкой. Монтаж микрокорпусов связан с поверхностной пайкой выводов на КП плат. Однако из-за различия в ТК.ЛР основы печатных плат (стеклоэпоксида) и керамики микрокорпуса ячейки МЭА, которые использует оба эти компонента, не выдерживают более 10—15 термоциклов от— 60 до + 125° С. Для того чтобы совместить монтаж керамических микрокорпусов и печатных плат, необходимо менять материал диэлектрика плат (например, применять полиимид кевлар), вводить в обычную плату металлические сандвичи типа медь — инвар — медь толщиной 127 мкм (компенсаторы термического расширения) или применять пластмассовые переходные панели-держатели. Такие меры способствуют

Материал ная диэлектрическая термического расширения, л s х и

имеют хорошие электрические характеристики, механическую стойкость и высокие адгезионные свойства; используются в виде двухкомпонентных систем. В качестве отвер-дителя применяют амины. К недостаткам эпоксидов относят трудность удаления покрытия, что несколько усложняет ремонт при смене кристалла или другого компонента. Полиуретаны используют в виде одно- и двухкомпонентных систем; отвердитель — толуол — диазоцианат, режим отверждения такой же, как и у эпоксидных смол. По сравнению с эпоксидными смолами такие отвердители более эластичны, имеют больший коэффициент теплового расширения и легче поддаются ремонту. Клеевые покрытия на основе силиконовых смол имеют хорошие диэлектрические характеристики, что позволяет их использовать в СВЧ-диапазоне. Высокая эластичность силиконов позволяет удалять их путем механической обрезки. К недостаткам таких покрытий следует отнести высокий коэффициент термического расширения и относительно низкую адгезию. В табл. 4.2 даны основные характеристики указанных материалов.

материалы, на параметры которых налагается комплекс требований (высокая адгезия с кремнием и диоксидом кремния, согласованный коэффициент термического расширения, слабое влияние на электрофизические свойства кремния и др.)- В наибольшей степени таким требованиям отвечает алюминий, который в настоящее время очень широко используется в технологии изготовления биполярных ИМС.

При выборе материала проводников СВЧ-ИМС в первую очередь принимают во внимание их сопротивление на высокой частоте, адгезию к подложке и коэффициент термического расширения.

Материал изолирующей подложки должен быть химически и термически устойчив в условиях эпитаксии, иметь структурно и морфологически совершенную поверхность, высокие изоляционные и теплофизические характеристики, параметры решетки и коэффициент термического расширения, соответствующие аналогичным параметрам кремния (табл. 4.2).

Наиболее часто в качестве подложек используют монокристаллические пластины лейкосапфира. Сапфир относится к ромбоэдрической сингонии и, несмотря на значительное отличие от кремния по параметрам решетки и коэффициенту термического расширения, обеспечивает возможность получения однородных монокристаллических слоев Si на площадях до 30 см2. Он обладает высокой теплопроводностью при высоких диэлектрических характеристиках. Такое сочетание свойств, редкое для изоляторов, очень важно при создании ИМС с большой плотностью элементов или в производстве приборов большой мощности.

Слои кремния, осажденные на кварц, растрескиваются при толщине свыше 4 мкм вследствие большого несоответствия коэффициентов термического расширения.

Следует отметить, что вследствие различия коэффициентов термического расширения кремния и сапфира в эпитаксиальных слоях возникают значительные напряжения сжатия. Расчет этих напряжений показывает, что они в несколько раз ниже предела текучести кремния, но тем не менее их возникновение приводит к появлению значительной плотности структурных дефектов в слое. Несоответствие параметров решетки кремния и сапфира составляет 12 %. Деформация, обусловленная этим несоответствием, может быть скомпенсирована развитием сетки дислокаций на границе раздела а-А12О3 —Si. Согласно расчетам, линейная плотность дислокаций несоответствия 106 см" *. Кроме дислокаций в гетероэпитаксиальных слоях кремния наблюдаются малоугловые границы, двойники, наследование дефектов подложки и др.

Из твердых растворов AnlBv методом жидкостной эпитаксии успешно получают слои растворов типа Ga^Ali^As. Это обусловлено тем, что система GaAs—AlAs является идеальной гетеропарой, так как периоды решеток этих соединений практически совпадают. Их относительное несоответствие составляет всего 0,07 %, а относительное несоответствие коэффициентов термического расширения находится в среднем на. уровне 1,2%. При использовании подложки из арсенида галлия можно получать высококачественные слои Ga^A^-^As с низкой плотностью дислокаций и во всем диапазоне составов.

установления термического равновесия, а также технологические отклонения параметров транзисторов, колебания напряжения питания и т.п.

Обедненные поверхностные области формируются с помощью двух электродов, один из которых называется истоком (И), а другой — приемником (Я) . Кроме этих двух электродов структура поверхностно-зарядового транзистора имеет третий электрод, называемый передаточным затвором (3), который частично перекрывает исток и приемник. После приложения напряжения к истоку в транзисторе создается распределение зарядов, показанное на 3.16, а. Под истоком возникает потенциальная яма, содержащая поверхностный заряд, причем дырки, попавшие в эту область под действием электрического поля, притягиваются к поверхности подложки и локализуются в узком инверсном слое. Под приемником возникает потенциальная яма, заполненная неосновными дырками, образующимися в результате термогенерации. Если используется дополнительный источник неосновных дырок, инжектирующий заряды в потенциальные ямы некоторым контролируемым образом, и если заряд устанавливается до наступления термического равновесия, то потенциальные ямы могут хранить передаваемую информацию.

Плазма в стадии дугового разряда квазинейтральна и обладает свойствами локального термического равновесия (см. § 4.5). Для дугового столба характерны высокая плотность тока в канале (согни ампер на 1 мм2), высокая температура газа (тысячи — десятки тысяч градусов), малое падение напряжения у катода (10—20 В) и большая плотность тока в катодной зоне (тысячи ампер на 1 мм2 и выше).

Температура плазмы. Этот параметр является важнейшей термодинамической характеристикой систем, находящихся в состоянии термического равновесия. В термически равновесной плазме все кинетические и химические равновесия между частицами, а также и другие характеристики плазмы — концентрация, средняя скорость, излучение, электрическая проводимость, энтальпия, теплопроводность и другие, — являются функциями температуры, единой для всех плазменных частиц. Следовательно, равновесная плазма является одновременно и изотермичной (Ts = Т — const). В частично равновесной плазме температура электронов Те выше температуры ионов и атомов. Различие между температурами уменьшается с увеличением плотности (давления).

9-1. К механизму теплового ние термического равновесия изоля-пробоя. ции наступает, если QB ^ QOTB

екая диаграмма р-п перехода инжекционного лазера в состоянии термического равновесия (при отсутствии смещения на р-п переходе) приведена на 5.29, о, а в режиме лазерного усиления (при прямом смещении на р-п переходе и плотности тока выше пороговой) — 5.29,6.

ки и локализуются в узком инверсном слое. Под приемником возникает потенциальная яма, заполненная неосновными дырками. образующимися в результате термогенерации. Если используется дополнительный источник неосновных дырок, инжектирующий заряды в потенциальные ямы некоторым контролируемым образом, и если заряд устанавливается до наступления термического равновесия, то потенциальные ямы могут хранить передаваемую информацию.

Приведенные выкладки соответствуют состоянию термического равновесия, при котором уровни Ферми электронов и дырок совпадают. Поэтому при термическом равновесии, как следует из (2.24) и (2.26), произведение рп — величина постоянная:

Вольт-амперная характеристика. Для изучения работы рп-пере-хода воспользуемся его энергетической диаграммой и распределением носителей заряда, изображенными на 3.5 и 3.6. На 3.5, а показано состояние термического равновесия рп-пе-рехода. Поскольку в этом случае уровень Ферми &? везде постоянен, независимо от области, то разница между энергиями дна зоны проводимости в областях р- и n-типов составляет qVb, а падение напряжения на pn-переходе равно W

3.5. Энергетическая диаграмма рп-перехода. а — состояние термического равновесия; б—обратное смещение; в — прямое смещение.

3.6. Распределение носителей а в pn-переходе. а — состояние термического равновесия; б — обратное смещение; в — прямое смещение.

дырок в состоянии термического равновесия (индекс «О») для щ- и р-областей (индексы «п» и «р»). В обедненном слое концентрации электронов и дырок резко уменьшаются и достигают концентраций неосновных носителей в противоположных ¦областях.