Файл: Методы стабилизации параметров полупроводниковых приборов [сборник статей]..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 21
Скачиваний: 0
ние на |
величину потенциала |
изучаемой редокс-системы [21 |
На |
поверхности электрода, |
погруженного в раствор лю |
бой соли, могут происходить сложные процессы: вырывание ионов металла молекулами воды с образованием сольватов, адсорбция ионов из раствора на. поверхности электрода, хи мическое взаимодействие ионов раствора с металлом элек трода и др„ приводящие к тому, что 'между электродом н раствором возникает разность потенциалов. При этом элек тродная пластинка может быть заряжена как положительно, так и отрицательно.
Исследования последних лет показали, что величина по тенциала представляет собой сложную функцию, зависящую от различных эмпирических факторов. Зависимость потенция ла от pH раствора (см. рисунок) может быть самой разно образной.
рн
Рисунок. Зависимость потенциала от рК
раствора
Поэтому исследование зависимости потенциала от pH раствора — важный этап изучения поведения электродов.
Измерение потенциалов кремниевых пластин в растворах ряда электролитов проводилось нами по следующей методи ке. В качестве электрода использовали исследуемую крем ниевую пластину. Пластину вначале обрабатывали HF, за тем погружали в раствор 1 и. CUSO4, промывали водой и вы сушивали фильтровальной бумагой (электрод I). Порученные потенциалы сравнивали с потенциалами такого же электрода (электрод II). обработанного плавиковой кислотой, но не находящегося в контакте с CuS04. Электроды III, IV — не обработанные кремниевые пластины; электроды V и VI —
1C
кремниевые пластины, обработанные смесью равных объе мов плавиковой и концентрированной азотной кислот, про мытые водой й высушенные фильтровальной бумагой.
Потенциалы измеряли на потенциометре ЛПМ-60М по отношению к хлорталлиевому электроду типа ЭВЛ-5М, ко
торый являлся электродом сравнения. |
ионов Cu2+, Zn2+, К+, |
Изучение адсорбции и десорбции |
|
S 042~, CU- , С1“ проводилось нами |
следующим образом: |
электроды (стандартный и индикаторный) опускали в ста канчик объемом 50 мл с исследуемым раствором. Содержи мое стаканчика перемешивали магнитной мешалкой и изме ряли потенциал. Для получения соизмеримых результатов замеры проводили через каждую минуту. Электролитами служили децимолярные растворы ZnS04, Zn(C104)2, 1 М КС1, 1 н. CuS04 и дистиллированная вода. Для десорбции ука занных ионов с поверхности пластин последние выдержива лись в течение различных промежутков времени в растворе
0,025 М и трилона Б. |
|
эксперимента |
выяснено, что |
|
В результате проведенного |
||||
потенциалы электродов |
(I—VI) могут сильно |
отличаться |
||
друг от друга в одном |
и том |
же растворе, |
что |
связано с |
влиянием разнородной поверхности электрода.
Обработка поверхности плавиковой и азотной кислотами приводит к снятию окисной пленки, и разница между элек тродами значительно уменьшается. Погружение электродов в раствор солей цинка и меди резко изменяет его потенциал, измеренный в воде. В таблице 1 представлены результаты по замерам потенциалов электродов до и после выдержки их в растворах солей меди и цинка.
Т а б л н ц а 1
Изменение потенциалов электродов (I—VI) в зависимостиот растворов солей
I |
Потенциал, мв |
|
|
Растворы |
ДО |
после |
4 Е |
солей |
|||
|
выдержки |
выдержки |
|
Zn(C!0„b |
—690 |
—560 |
—130 |
ZnS04 |
—870 |
—770 |
— 100 |
CuS04 |
-2 1 0 |
—460 |
—250 |
CnfCIOp. |
■185 |
•470 |
283 |
1J
В одном опыте было обнаружено отклонение от этой за кономерности, причину которого пока выяснить не удалось. Изменяется и характер поведения электрода с адсорбиро ванными ионами металлов при выдержке в воде. В ряде случаев при этом вместо наблюдавшегося ранее понижения потенциала отмечается его повышение.
Для электрода с адсорбированными ионами Zn2+: электрод III — ДЕ — +170,
электрод IV — ДЕ = +290.
Для электродов с адсорбированными ионами Си2+: электрод V — ДЕ = +420,
электрод VI ДЕ —- +290.
Следует отметить, что иногда это правило нарушается, поэтому, прежде чем делать окончательные выводы, следует накопить экспериментальный материал.
После выдержки кремниевых электродов в растворе де сорбента потенциалы их всегда возвращаются к значениям, близким к тем, которые они имели до адсорбции ионов ме таллов (см. табл. 2).
|
|
|
|
|
Таблица |
2 |
|
Изменение потенциалов |
кремниевых пластин |
|
|
||
|
в |
процессе адсорбции и |
десорбции |
|
|
|
|
|
|
|
Потенциалы, мв |
|
|
|
Процессы |
|
электрод I |
электрод |
II |
|
|
|
|
|
|||
До адсорбции |
|
|
—510 |
—690 |
|
|
После |
адсорбции |
сразу |
|
-5 0 0 |
—500 |
|
После адсорбции п выдержки в |
воде |
—630 |
—660 |
|
||
После |
десорбции |
в трилоне. Б |
|
—530 |
—690 |
|
ВЫВОДЫ
Приведенные данные наглядно показывают, что: 1) из мерение потенциалов кремниевых электродов, погруженных в тот или другой раствор, отражает процессы, происходя
12
щие на них; 2) потенциометрический метод ' перспективен для оценки процессов .адсорбции и десорбции ионов метал лов из растворов.
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
||
1. |
N e r n s t W. Z. phisic. chem., 4, 129 |
(1889). |
|
2. |
К о л ь т г о ф И. М., Л а й т ц и г |
Г. |
А. Определение концентрации |
водородных ионов и электротитрование. |
М., «Химия», 1965. |
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА п о к р ы т и й НА ОСНОВЕ АЛЛИЛОВЫХ ЭФИРОВ ДИФЕНИЛМЕТАНА, ДИФЕНИЛЭТАНА
И. И. ЮКЕЛЬСОН, Л. В. КОНДОВА, Л. А. ПАРХОМЕНКО
Незащищенная поверхность полупроводника обладав! высокой реакционной способностью; химические реакции и процессы адсорбции — десорбции приводят к изменению по верхностного потенциала и обуславливают нестабильность характеристик прибора. Установлено, что главной причиной нестабильности приборов являются физические процессы, происходящие на границе раздела поверхности Si—SiC>2.
Величины и характер изменений параметров полупровод ника в процессе их эксплуатации определяют степень на дежности приборов, величины пороговых сигналов. Измене ние таких важных характеристик, как обратные токи, коэф фициент усиления транзисторов и т. и., приводит к увеличе нию процента брака при производстве приборов.
Изучение процесса старения готовых приборов показало, что это явление вызывается несколькими причинами:
1) |
чувствительностью поверхности к |
посторонним ионам |
п молекулам,- находящимся в приборе |
либо проникающим |
|
через |
герметизирующее покрытие; |
|
2)механической стабильностью;
3)электрическими и физико-химическими процессами в образцах в течение изготовления приборов и после него [1].
Первые две причины связаны е технологией изготовления прибора, методами его защиты и герметизации.
Важная роль защитного покрытия в стабилизации пара метров приборов позволила определить основные требова ния, предъявляемые к защитным материалам. Прежде всего материал покрытия должен обладать хорошими диэлектри
ческими и механическими свойствами, устойчивостью к
*
14
влажной среде и повышенной температуре, иметь высокую плотность. Было выявлено, что при наличии влаги в атмос фере возможно перемещение и накопление под действием краевого поля р—п-переходов больших зарядов на внешней поверхности окисла, приводящее к дрейфу параметров [2].
Основными направлениями в улучшении и стабилизации свойств поверхности является защита «стабилизаторами» различных составов, полимерными пленками, а также раз
работка |
и использование |
новых диэлектрических |
соста |
|
вов [3]. |
|
|
|
|
В качестве защитного покрытия полупроводниковых при |
||||
боров применялись полимеры простых |
аллиловых |
эфиров |
||
дифенильного ряда. |
аллиловых |
эфиров различных |
||
Синтез и полимеризация |
||||
классов |
соединений приобрели практическое значение лишь |
в последнее время, когда аллиловый спирт стал доступным. Аллиловые смолы применяются в электротехнике, химичес ком машиностроении, быту. Интерес к этим полимерам опре деляется их химической устойчивостью, низким тангенсом угла потерь, теплостойкостью, высокой погодоустойчивостью. Наличие в полимерах на основе синтезированных нами прос тых аллиловых эфиров дифенилметана, дифенилэтана аро матических ядер придает соединению термостойкость, стой кость к воздействию кислорода и озона, улучшает их меха нические свойства. Аллиловые эфиры были получены заме ной хлора в хлорметилированных дифенилметане, дифенилэтане на спиртовый радикал. Реакция идет посхеме:
/*'
глс?
СН.ОСНсСНЧй.,
Определенные нами свойства полученных продуктов пред ставлены в таблице 1.
15
Та б л и ц а 1
|
Физико-химические |
свойства аллиловых эфиров |
|
|
||
Ф о р м у л а |
М . в. |
Г к и п ч ° С |
|
Пс120 |
d, |
г1смъ |
С2,,Н2402 |
3L2 |
175—180 |
(2) |
,1,5547 |
, |
1,15 |
•С?:11>„0, |
326 |
170— 175 |
(2) |
1,4805 |
' |
1,18 |
Лллпловыс эфиры без инициаторов полимеризуются очень медленно, поэтому для ускорения полимеризации добавляют переносные соединения. Полимеризация аллиловых эфиров происходит в две стадии [4]. Вначале образуется жидкий низкомолекулярный форполимер, который при дальнейшей полимеризации превращается в твердый, нерастворимый трехмер. Полимерные пленки диаллиловых эфиров дйфенилмстана и днфенилэтана представляют собой прозрачные, бесцветные стеклообразные материалы; неплавкие и нераст воримые в органических растворителях. При температурах выше 300°С они разлагаются без плавления.
Аллиловыс эфиры дифенилметана, днфенилэтана испыты вались в качестве защитных покрытии на кремниевых при борах. Образование защитной пленки (полимеризация) осу ществлялось следующим образом. На подготовленную по верхность прибора наносился из микрошприца продукт по лимеризации (эфир), который под действием температуры и кислорода воздуха полимеризовался. В некоторые образцы добавляли инициатор (перекись бензоила) и пластификатор (диоктилсебацинат), но они ухудшали диэлектрические свой ства покрытий и от них в дальнейшем отказались. Опти мальный режим 'термообработки, обеспечивающий наилуч шие защитные свойства покрытия, следующий: выдержка 14-2 час при 70°, затем подъем температуры до 150°С и вы держка при 150° в течение 3 час; подъем температуры до 180° и нагрев при этой температуре в течение 6 час.
Для обеспечениянадежности характеристик прибора не обходимо, чтобы защитное покрытие обладало хорошими диэлектрическими свойствами. Диэлектрические свойства ис следуемых полимеров представлены в таблице 2.
16