Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1. 1. Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1. 1. Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok."— Előadás másolata:

1 ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok : rendszerezés összetétel, szerkezet, tulajdonságok és alkalmazások alapján. 3. Anyagok elektronszerkezete, adalékolása, elektromos vezetése, optikai, mágneses paraméterei.

2 Villamosmérnök, alkalmazott fizika, anyagmérnök, informatikus… miért kell tanulni, tudni a félvezetők fizikáját, eszközöket, technológiát? Mert a félvezetők, a félvezető eszközök képezik a jelen technológiai korszak, az elektronikai ipar alapját (~10% a világ ipari termelésének !) Mil.USD elektronika autóipar félvezetők acélipar Gross world product

3 Gyártási (manufacturing) rendszer: Gyártási rendszer alapanyagokvégtermék Félvezetők alkalmazásával történő gyártás esetében a bemenő anyagok: félvezetők, adalékanyagok, fémek, dielektrikumok. A kimenő : eszközök, IC, nyomtatott áramkörök, és a végtermék: PC, TV, mobil… Félvezetők gyártásában, technológiájában találkozunk kristálynövesztéssel, rétegleválasztással, oxidációval, litográfiával, diffúzióval, maratással, implantációval, … Mindez beletartozik egy nagyobb rendszerbe: tervezés, gyártás, integrálás, szerelés, minőségbiztosítás,…ár,szállítás, szerviz.

4 Történelem: 1874 Me-SemiconductorBraun 1907 LEDRound 1947 Bipolar tranzistorBardeen, Brattain, Shockley 1949 p-nShockley 1954 Solar cellChapin, Fuller, Pearson 1958 Tunnel diodeEsaki 1960 MOSFETKahng, Atalla 1963 Heterostructure laserKroemer, Alferov, Kazarinov 1963 Gunn-diode(TED)Gunn 1966 MESFETMead 1967 Nonvolatile memoryKahng, Sze 1970 CCDBoyle, Smith Mérési technika: TEM→SEM, EDX, XPS→SPM(AFM,MFM,)→SNOM Méretek: mm → μm → nm

5 Termelési folyamatok története: Cserélhető alkatrészek koncepciója 1875F.Taylor bevezeti a tudományos management elveit Ford bevezeti a szerelőszalagot 1950ComputerNumericControl (CNC) 1970Statisztikus kísérleti tervezés Félvezetők technológiájának néhány fordulópontja: 1798Litográfia feltalálása 1855Fick diffúziós egyenletek 1918Czochralski feltalálja a kristálynövesztési módszert 1925Bridgman feltalálja a kristálynövesztési módszert 1952Pfann diffúzióval megváltoztatja a Si vezetését 1957Fotoreziszt, oxid maszkolás, epitaxia alkalmazása 1958Ionimplantáció (Shockley) 1969MOCVD 1971Száraz maratás, MBE(Cho) Intel processor 1989CMP(chemical-mechanical polishing) ……CAD(computer-aided design), IC-CÍM –computer-integrated manufacturing of integrated circuits IC-CIM Gyártástudomány Félvezetők technológiája 1980

6 Több mint 100. éve ismerik a félvezetőket, ma ~ 60 fő típus eszközt, ezek ~100 változatát ismerik és alkalmazzák. De csak négy fő (elektronikai) blokk különíthető el: Fém-félvezetó p-n AB B HeteroátmenetMOS + optoelektronikai: hullámvezetö, diffrakciós rács, interferométer, lencse, tükör, csatoló + nanoelektronikai: kvantum gödör +mágneses struktúrák: memória, SQUID

7 IC korszak: Kilby – 1 bipoláris tranzisztor, 3 ellenállás, 1 kondenzátor, Ge alap, huzal Hoerny- „planáris” folyamat:oxid+Si, litográfia-diffúzió NMOS(n-csatorna)- CMOS (complementer MOSFET)(n-és p- MOS)-logikai elem (nem kell áram, csak a kapcsolásnál!) Dennard - DRAM (1 MOSFET+tároló kapacitás Fejlődési trendek:

8 Félvezetők, dielektrikumok, fémek fizikája Rendszrezés összetétel és alkalmazás szerint: Elemi félvezetők: Ge, Si, Se, Te, C Vegyületfélvezetők: GaAs, GaP, GaN, InP, InSb, CdS, ZnS, CuInSe 2, SbSI, GeSe 2,……. Dielektrikumok, szigetelők: SiO 2, Al 2 O 3, ZnO, LiNbO 3, kerámia, teflon,… Fémek, vezetők: Au, Pt, Cu, Al, Cr, C, Mágneses anyagok: Fe, Ni, Co,Fe-Ni,.. A határok elmosódnak… Rendszerezés elektromos vezetés szerint:

9 Tiszta kémiai elemek vagy azok keverékei - ötvözetek, vagy azok vegyületei Fizikai-kémiai vagy termodinamikai rendszer: az az elkülönített anyag(rész) vagy anyagok keveréke, melynek térfogata V, hőmérséklete T és P nyomás alatt van. Az a rendszer, amely nem tartalmaz belső határfelületeket, amelyek mentén a tulajdonságok változnának, az összetétel és a szerkezet szempontjából homogén. Ha vannak az anyagrészeket elosztó felületek, akkor az anyag heterogén. A szerkezet homogén részeit, vagy azok együttesét, amelyeken belül az összetétel és a tulajdonságok azonosak, s amelyek csak az elválasztó határfelületen változnak, fázisnak nevezzük. Egy halmazállapoton belül az anyag létezhet akár több fázisban is (szén!) Egyszerű esetben a rendszer kémiai elemekből, mint összetevőkből épül fel, melyek külön-külön is létezhetnek. A rendszer összetevői (komponensei) viszont lehetnek kémiai elemek és vegyületek is, ezért a komponensek száma egyenlő vagy kisebb az összetevők számánál.

10 Kémiai vegyület - olyan, kémiai kötésekkel rendelkező anyag, melyek szerkezete és tulajdonságai különböznek az alkotó elemekétől, és amelyekben az elemek aránya állandó (sztöchiametrikus összetétel : GaAs, NaCl, BaTiO 3 ). Minden más összetett fázist a fémes rendszerekben átmeneti fázisnak hívunk. A fémek vegyületeit még intermetallikus fázisnak is nevezzük (CuS, AgBr, PbSe,…) Szilárdoldatok azok a változó összetételű fázisok, amelyekben az egyik komponens atomjai a másik komponens kristályrácsában helyezkednek el, de nem változtatják meg annak szimmetriáját (Al x Ga 1-x As, In x Ga 1-x As y P 1-y ). Amorf anyagok is képezhetnek szilárdoldatot (Se x Te 1-x ). A szilárdoldatokban az oldódó atomok a kristályrács atomjai közé (interstíciálisan), vagy a rácsatomok helyére (szubstitúciósan) épülhetnek be. Az utóbbi esetben a szilárdoldatban a komponensek oldhatósága egymásban lehet korlátozott vagy korlátlan. A korlátlan oldhatóságnak meglehetősen szigorú feltételei vannak: a két fémkomponens atomsugara legfeljebb 15%-kal térhet el egymástól. Ezen kívül a rácstípusoknak is, maguknak az atomok elektronszerkezetének is hasonlítania kell. A teljes oldhatóság a Fe-Cr, Fe-Co, Cu-Ni és néhány más rendszerben ismert: Se-Te,…)

11 Kristályszerkezet Köbös, BCC,FCC Gyémánt szerkezet: tetrahedrális (két FCC egymásban): Si, Ge GaAs: zincblende = gyémántrács, csak az egyik FCC III csoportból kap elemet(Ga), a másik – az V-ből (As) Miller indexek: (hkl) síkok

12 A különböző kristálytípusok elemi cellái.

13 Azokat a legkisebb egész számokat, melyek aránya megegyezik a H’, K’ és L’ arányával h, k, l betűkkel jelöljük és Miller-indexeknek nevezzük. 0 x y z H K L H=2, K=2, L=1, 1/H=H’, 1/K=K’, 1/L=L’ ½ : ½ : 1/1 : h,k,l =1,1,2

14 Vegyi kötések: kovalens, ionos, molekuláris, fémes

15 Tetraedrális kötés a Si-ban: Si atom elektronjai: +14 n=1 2s e n=2 2s e n=3 2s e 2p e

16

17 Kristályhibák egykristály -- polikristály kristályhibák (dinamikus és statikus) ponthibák (0-dimenzió) térbeli hibák (1,2,3-dimenziós) vakancia, atomhiány intersticiális vagy rácsközi atom (adalékolás!!!) diszlokáció - szabályos rétegződésű atomsorok elcsúszása pórusok, repedések, szemcsehatárok, más fázisok

18 k=2  / az elektron hullámszáma A szabad elektron kinetikai energiája egy parabolával írható le :, de: 2a·sin90º=n, és k=2  / Az anyagok elektronszerkezete

19

20 Amorf, szerves anyagok, félvezetők  ~ exp(-E í /(2kT) ) !!! Alacsony hőmérséklet:  ~ exp(-(T/T 0 ) 1/4 )

21 Adalékolás

22

23 A jó vezető réz (balra) és ezüst (jobbra) fajlagos ellenállásának megnövekedése a beépült idegen szennyező-atomok következtében.

24 Ellenállás hőmérsékletfüggése: Cu-Ni ötvözetek fajlagos ellenállása (1) és az ellenállás hőmérsékleti együtthatója (2).

25 Au – Ag ötvözet (keverékkristály vagy szilárd oldat) fajlagos ellenállása (a) és Cu – Au ötvözet fajlagos ellenállása a vegyületképzés (Cu3Au, CuAu) következtében fellépő anomális eloszlással (b).

26

27 A mágneses momentumok párhuzamos irányba, ellentétes irányba állása Mágneses anyagok: A Bloch-falban a mágnesezettségi irány megváltozása sok dipóluson elosztva valósul meg dBW(Co)  60 nm (kb. 200 atomsík) A doménok térbeli képződése a rendszer összenergiáját minimalizálja Ferromágnesesség: Az atomi mágneses momentumok a Weiss-féle doméneken belül maguktól párhuzamosra állnak be

28

29 Mágneses permeabilitás

30 Ferrimágneses anyagok

31 Polimerek, gyanták A polimer szénhidrogének között a legismertebbek: a polietilén, a polisztirol és a polivinil-klorid, illetve poli(tetrafluor-etilén)-teflon H H    C  C   H Cl n vinil-klorid (H 2 C=CH  Cl) polimerizációja F F F     C  C  C     F F F n       Si  O  Si  O  Si       Szilíciumszerves polimerek Epoxigyanták molekulái epoxi-gyűrűket tartalmaznak: O / \ H 2 C  CH  Paraméterek: lágyulási T, keménység, vezetőképesség, oldékonyság, képlékenység H C H

32

33 Üvegek és amorf rétegek Szilikátüvegek: kvarchomok SiO 2, szóda Na 2 CO 3, hamuzsír K 2 CO 3, mészkő CaCO 3, dolomit CaCO 3 ·MgCO 3, nátriumszulfát Na 2 SO 4, bórax Na 2 B 4 O 7, földpát Al 2 O 3 ·6SiO 2 ·K 2 O és további anyagok. A szilikátüvegek színét a megfelelő adalékok adják: a CaO kék színt, a Cr 2 O 3 zöld, a MnO 2 barna, az UO 3 sárga színt kölcsönöz az üvegnek. (Edények:: SiO %, Na 2 O- 16%, K 2 O- 2%, B 2 O 3 2%, Al 2 O %, TiO 2 4%) Üvegkerámia: SiO 2 -56%, MgO- 15%, Al 2 O %, TiO 2 -9% Borátok, germanátok, fluoridok, Kalkogenidek: S,Se, Te-tartalmú anyagok Kvarcüveg: SiO 2 Az amorf Si:H rétegekhez hasonlóan előállíthatók hidrogénezett szénrétegek (C:H), illetve bonyolultabb a-Si 1-x C x :H, a-Si x N 1-x :H, a-Si 1-x Ge x :H rétegek, rétegstruktúrák is.


Letölteni ppt "ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1. 1. Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok."

Hasonló előadás


Google Hirdetések