Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

ные. Пароструйные насосы в отличие от вращательных работают лишь после того, как в откачиваемом объеме уже получено пред­ варительное разрежение порядка 0,1—20 мм рт. ст.

12

§ 5. Измерительные приборы

Для контроля температуры в полупроводниковом производстве используют обычные термометры, термометры сопротивления, а также термопары (табл. 5). Принцип действия обычных термомет­ ров основан на температурном расширении тел, а термометров сопротивления ■— на температурном изменении электрического со­ противления металлов. Действие термопары основано на свойстве спая разнородных металлов развивать термо-э. д. с. при нагрева­ нии. Термопара состоит из двух разнородных проводников, рабочие (так называемые «горячие») концы которых соединены или спая­ ны друг с другом, а свободные («холодные») концы подключены к измерительному прибору. Наиболее часто используют термопары следующих типов: ТПП —- платинородий (10% родия)-платиновая с градуировкой ПП-1; ПТПР — платинородий (30% родия)-плати­ нородиевая (6% родия)с градуировкой ПР-30/6; ТХА— хромельалюмелевая с градуировкой ХА; ТХК— хромель-копелевая с гра­ дуировкой ХК; ТНС — из сплавов НК-СА с градуировкой НС. Тер­ мопары ТПП, ТХА и ТХК взаимозаменяемы. Кроме того, применя­ ются нестандартные термопары: железо-копелевые, медь-копеле- вые, вольфрам-молибденовые и др.

Градуируют термопары при температуре свободных концов, равной 0°С. Работая с термопарой при другой температуре сво­ бодных концов, необходимо вводить поправку, пользуясь специ­ альными таблицами. В системах регулирования температуры обыч­ но имеются специальные компенсаторы, которые вводят эту по­ правку автоматически. Термопару в комплекте с измерительным прибором (милливольтметром или автоматическим потенциомет­ ром.) называют термоэлектрическим пирометром.

В тех случаях, когда нельзя применить термопару, пользуются оптическими пирометрами, принцип действия которых основан на

13

Блок ВТ-2 предназначен как для питания подогревателя, так и для измерения термо-э. д. с. лампы-датчика.

Для измерения вакуума от 1 • К)-3 до 1 • 10~7 мм рт. ст. применя­ ют ионизационный манометр, состоящий из датчика (ионизацион­ ной лампы ЛМ-2) и электрического блока ВИ-3.

Ионизационная лампа представляет собой триод, в баллоне ко­ торого размещен катод, сетчатый анод и отрицательно заряженный электрод-коллектор ионов. При работе лампы, соединенной с отка-

чиваемым объектом, электроны с раскаленного катода, ускоряясь под действием положительного потенциала сетки, ионизируют раз­ реженный газ и образующиеся положительные ионы собираются на коллекторе. В результате в цепи коллектора возникает ионный ток, величина которого пропорциональна давлению газа. Этот ток преобразуется в электрическом блоке и регистрируется измери­ тельным прибором.

Блок ВИ-3 предназначен для питания лампы-датчика, усиления и измерения ионного тока.

Для удобства работы электрические блоки термопарного и ионизационного вакуумметров объединены в один прибор — иони­ зационно-термопарный вакуумметр ВИТ-1.

Кроме того, в настоящее время применяют широкодиапазонные теплоэлектрические вакуумметры ВТБ-1 для измерения давления от 30 до 2-10~3 мм рт. ст., а также магнитно-электрозарядные при­ боры ВМБ-8 для измерения давления от 10-2 до 10~9 мм рт. ст., которые обеспечивают работу без переключения диапазонов, могут

15

быть подсоединены к ЭВМ и предназначены для автоматизирован­ ных вакуумных систем. Их выходные приборы градуированы в мм рт. ст.

Контрольные вопросы

1. Каковы требования производственной гигиены при изготовлении полупро­ водниковых приборов?

2.Как классифицируют вакуумно-термические и термические процессы?

3.Какие области вакуума вы знаете?

4.Какими средствами создают вакуум?

-5. Какие приборы применяют для измерения температуры? 6. Каков принцип измерения вакуума?

Г Л А В А В Т О Р А Я

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§6,| Основные свойства полупроводниковых материалов

Кполупроводниковым материалам (полупроводникам) относят­ ся германий (Ое), кремний (51), селен (5е), окислы меди (СиО и Си20), арсенид галлия (ОаАэ) и др. От изоляторов и проводников полупроводники отличает в первую очередь величина удельного электрического сопротивления: они обладают удельным сопротив­ лением, в миллионы раз большим, чем металлы, но в миллиарды раз меньшим по сравнению с изоляторами. С повышением температуры сопротивление полупроводников в отличие от металлов падает.

По ряду причин особо широкое применение в полупроводнико­ вой технике нашли только германий и кремний. Это обусловлено следующим: физические свойства германия и кремния и ширина запрещенной зоны, в частности время жизни неосновных носите­ лей, благоприятствуют созданию полупроводниковых приборов с необходимыми электрическими характеристиками, а технология их получения удовлетворяет требованиям массового производства.

Именно германий и кремний были впервые изготовлены в виде монокристаллических слитков с явно выраженным электронным или дырочным типом проводимости. Кроме того, удельное сопротивле­ ние этих материалов можно легко регулировать введением опре­

деленных примесей.

Основные свойства полупроводниковых материалов приведены

в табл. 6.

Германий и кремний являются хрупкими и твердыми вещества­ ми, поэтому их нельзя обрабатывать методами, пригодными для металлов (точением, фрезерованием, штамповкой и т. и.). По элек­ трофизическим свойствам германий отличается от кремния более высокой подвижностью электронов и дырок, что позволяет созда­ вать германиевые приборы с лучшими частотными свойствами. С другой стороны, большая ширина запрещенной зоны в кремнии обеспечивает хорошую температуростойкость приборов, изготовлен­ ных из этого материала.

16

Химические реагенты воздействуют на эти полупроводники различно. Например, германий устойчив к соляной, азотной и хо­ лодной серной кислотам, но растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот, в растворе перекиси водорода, а также в горячих растворах едкого калия и едкого натрия. Кремний устойчив ко всем кислотам (кроме смеси плавиковой и азотной), но легко реа­ гирует со щелочами. При окислении на поверхности образуется очень плотная пленка двуокиси. Это свойство кремния открыло новые технологические возможности для повышения качества по­ лупроводниковых приборов.

Все более широкое применение для производства полупровод­ никовых приборов получает арсенид галлия (ОаАэ). Этот полупро­ водниковый материал имеет большую ширину запрещенной зоны и поэтому весьма перспективен для изготовления приборов с повы­ шенной эксплуатационной температурой. Кроме того, его использу­ ют для производства специальных сверхвысокочастотных прибо­ ров.

- § 7. Методы очистки германия и кремния

Очистку полупроводниковых материалов выполняют .химиче­

оиилиотека С