Uploaded by Олександр Ордатій

Ťahák na materiály (Zadania-seminarky.sk)

advertisement
1. Elementárna štruktúra hmoty,
kryštalické mriežky, typy väzieb
medzi časticami.
Pod
pojmom
kryšt.
štruktúra
rozumieme vzájomné usporiadanie
atómov sformovaných v kryštále. Na
popísanie sa používa pojem kryšt.
mriežka. Najmenšia objemová časť
kryštálu, ktorej posúvaním či otáčaním
sa vytvorí kompaktná priestorová
mriežka, sa charakterizuje ako báza,
motív alebo elementárna bunka
mriežky.
Kryšt. mriežky:
-triklinická a≠b≠c α≠β≠γ≠90°
-monoklinická a≠b≠c α=β=90° γ≠90°
-ortorombocká a≠b≠c α=β=γ=90°
-hexagonálna
a≠b≠c
α=β=90°
γ=120°
-romboedrická a=b=c α=β=γ≠90°
-tetragonálna a=b≠c α=β=γ=90°
-kubická a=b=c α=β=γ=90°
Väzby v kryštáloch
iónové, atómové, kovové, molekulové,
prechodové.
2. Poruchy v kryšt. mriežkach,
difúzia, Fickove z. difúzie
Bodové poruchy:
-interstícia: vznikajú pri prechode
atómu z uzlového bodu mriežky do
medziuzlových polôh.
-vakancia:
chýbajúce
atómy
v niektorých uzloch mriežky.
-cudzí atóm v uzlovej polohe:
-cudzí atóm ako interstícia:
Čiarové poruchy:
-hranová dislokácia: vzniká sklzom,
posunutím v rovine.
-skrutková
dislokácia:
vytvára
skrutkovú plochu okolo dislokačnej
čiary.
Plošné a priestorové poruchy:
-hranice subzŕn: hranice medzi
oblasťami s pravidelnou orientáciou
kryštalickej mriežky.
-hranice zŕn: oddeľujú od seba
jednotlivé zrná polykryšt. látky.
-chyby
vrstvenia:
poruchy
pravidelnosti
vrstvenia
kryštalografických rovín.
Difúzia
Pod pojmom difúzia rozumieme
premiestňovanie atómov v kryštalickej
mriežke látky na vzdialenosť väčšiu
ako
je
stredná
medziatómová
vzdialenosť. Ak premiestňovanie
atómov nie je sprevádzané zmenou
koncentrácie atómov proces sa nazýva
samodifúzia. Premiestňovanie atómov
sprevádzané zmenou koncentrácie sa
nazýva difúzia alebo heterodifúzia.
I. Fickov z.: vyjadruje množstvo za
jednotku času.
m=-D. dC
C-koncentrácia
dx
D-koeficient
difúzie
x-vzdialenosť
v zvolenom smere
II. Fickov z.: vyjadruje rýchlosť
difúzie:
dC=D.d2C
dt
dx2
3. Typy a charakteristika fáz
v zliatinách
kovov,
fázová
rovnováha.
Zliatina je minimálne dvojzložková
sústava, v tuhom stave môže byť
homogénna
(jednofázová)
alebo
heterogénna
(viacfázová).
Jednofázové zlatiny majú štruktúru
tuhého roztoku alebo chem. zlúčeniny.
Viacfázové zliatiny z hľadiska ich
štruktúry v tuhom stave nazývame
mech. zmesy.
V zliatinách sa teda podľa fyzikálnechemického vzájomného vzťahu jej
prvkov tvoria nasledujúce typy fáz:
-tekutý roztok L: pod týmto pojmom
rozumieme
roztok
jednotlivých
roztavených zložiek, ktoré tvoria
zliatinu a sú vzájomne rozpustné.
-kryštály čistého kovu A,B,C,...: kčk
sú samostatnou pevnou fázou, ktorá je
tvorená pravidelným usporiadaním
jednotlivých atómov daného prvku vo
forme kryštalickej mriežky.
-tuhé roztoky α,β,γ...: tuhé roztoky sú
pevné fázy, v ktorých si jedna zo
zložiek zliatiny zachováva svoju
kryštalickú mriežku a atómy ďalších
zložiek sa v tejto mriežke rozpúšťajú,
pričom menia jej rozmery. Tuhé
roztoky: substitučný a interticiálny.
-chemické
zlúčeniny
Am,Bm,...:
vyskytujú sa v rôznych formách.
Intersticiálne zlúčeniny (karbidy,
hydridy, nitridy alebo boridy),
elektrochem.
zlúčeniny
(FeS,
NiS,...),
elektrónové
zlúčeniny
(CuBe, Cu5Zn8, CuZn3)
Proces
kryštalizácie
a fázových
premien v tuhom stave popisujeme
prostredníctvom
fázových
rovnovážnych diagramov.
4. Pásová teória vodivosti tuhých
látok.
Elektricky vodivý materiál je látka
s vysokou koncentráciou voľných el.
nábojov. Kovové vodivé materiály
majú ako voľné nosiče náboja
valenčné elektróny, ktoré sa stávajú
voľnými
v procese kryštalizácie.
Kovové kryštály vznikajú ako
dôsledok
chem.
väzby,
ktorej
hovoríme kovová. Táto väzba je
výsledkom pôsobenia Coulombových
síl medzi voľnými valenčnými
elektrónmi
a kladnými
iónmi
kovových prvkov, kt. sú viazané
v uzloch kryšt. mriežky. Elektróny sa
v kryštále pohybujú v periodicky
premennom elektrickom poli. Elektrón
môže nadobúdať vlastnosti hmotnej
častice alebo sa správa ako vlnenie.
Z energetického
hladiska
môže
elektrón zaujať taký stav, ktorý sa
nachádza
v oblasti
dovolených
energetických
hlaín,
ktoré
sú
navzájom oddelené pásmi zakázaných
energií (pásový model). U vodivých
materiálov však nie sú posledné dve
dovolené pásy energií navzájom
oddelené pásom zakázaných energií,
ale
sa
prekrývajú.
Posledný
(vodivostný pás) nie je úplne zaplnený
elektrónmi a elektróny môžu plynulo
zvyšovať (znižovať) svoj energetický
stav po dodaní (odobratí) určitej formy
energie z (do) vonkajšieho prostredia.
5. Mechanizmus vodivosti vodivých
materiálov, vplyvy na vodivosť,
hypervodivosť
a supravodivosť,
termoel. javy.
Najdôležitejšou vlastnosťou vodivých
materiálov je elektrická vodivosť. Je
spôsobená
pohybom
voľných
elektrónov v kryštalickej mriežke
pôsobením vonkajšieho el. poľa.
Pôsobením
el.
poľa
získavajú
elektróny prídavnú zložku rýchlosti
proti smeru el. poľa, ktorá sa
superponuje na rýchlosť tepelného
pohybu elektrónov. Zložka rýchlosti
získaná pôsobením el. poľa sa nazýva
driftová alebo transportná a je príčinou
el. prúdu.
Pri pohybe elektrónov vplyvom
pôsobenia vonkajšieho el. poľa sa
v ich ceste vyskytujú prekážky, ktoré
im bránia v pohybe. Tieto sú
fyzikálnou príčinou existencie el.
odporu. Ako prekážky môžeme
chápať kmitanie iónov v uzloch
mriežky
vplyvom
teploty,
nepravidelné
umiestnenie
iónov
v mriežke, ióny prímesí v mriežke
a deformácie mriežky. V prípade
zliatin môže nastať výrazné zlepšenie
el.
vlastností
pri
násobkoch
stechiometrického pomeru zložiek,
ktoré tvoria zliatinu. Zlepšenie však
neprevýši vlastnosti čistých kovov .
Vplyvy na vodivosť: vplyv teploty,
zmenšovanie pohyblivosti elektrónov.
Merná el. vodivosť materiálu je
mierou schopnosti materiálu prenášať
kinetickú energiu neusporiadaného
pohybu častíc bez prúdenia, iba
vedením tepla. Je podielom hustoty
tepelného toku a teplotného spádu
v toku.
Merná tepelná vodivosť sa s teplotou
mení málo. Čisté kovy majú vyššiu
tepelnú vodivosť ako ich zliatiny.
Hypervodivosť: je stav skoro dokonale
čistých materiálov, ktoré pri určitej
nízkej teplote dosahujú maximálnu
konduktivitu. Teplota je však vyššia
ako pri supravodivosti. Konduktivita
kovov sa zvyšuje s čistotou a
poklesom teploty
Rezistivita hypervodičov je v oblasti
veľmi nízkych teplôt, rádovo nižších,
než sú normálne teploty. Pôsobením
mag. poľa sa zvyšuje odpor materiálu
najlepšie hypervodiče: Be a Al Be –
je drahý, stačí ho ochladzovať kvap.
dusíkom, Al- ochladzuje sa asi na 20
K
supravodivosť: pokles odporu pri
teplote blízkej 0K – nemerateľná
hodnota odporu
môže nastať ak: 1) teplota supravodiča
je nižšia ako jeho krit. teplota
2) indukcia je nižšia než kritická
indukcia
Existujú tieto 3 typy supravodičov:
1typ – mäkké (čisté) kovy,
nehomogénne
sú dokonale diamagnetické, ich
mag. siločiary sú vytláčané
von z vodiča
prebieha tzv. Meisnerov jav,
ak
je
supravodič
v supravodivom
stave,
vnútri vzniká mag. pole
opačne orientované, ktoré
vytláča okolité mag. pole a
vo vnútri nieje žiadne mag.
pole
prúd preteká len na povrchu
2 typ – supravodivé zliatiny a
holmické zlúčeniny Prúd preteká aj
v určitej hĺbke supravodiča
3 typ – v súčasnosti poznáme asi
100 supravodičov avšak teplota
neklesla pod 10K
Prvým objaveným supravodičom
bola ortuť. Objavili ho v roku 1911
H. KAMERLING – ONNES.
6.
Mechanizmus
vodivosti
polovodičov, vplyvy na vodivosť
polovodičov.
Polovodivé materiály slúžia k výrobe
usmerňovacích, zos., spín., a pod.
prvkov pre modernú elektroniku
a silnoprúdovú
elektrotechniku.
Problémy vplyvu vonkajších činiteľov
na vlastnosti polovodičov sú veľmi
dôležité
nielen
z teoretického
hľadiska, ale predovšetkým z hľadiska
praktického využitia.
Vplyvy na vodivosť polovodičov:
-vplyv teploty: pôsobením teploty sa
menia vlastnosti polovodičových
prvkov , ktoré môžu spoľahlivo
pracovať len v určitých teplotných
medziach.
-vplyv silného el. poľa: po prekročení
kritickej hodnoty intenzity el. poľa
u polovodičov sa prejavujú odchýlky
od Ohmovho zákona a vzniká záporný
diferenciálny
odpor.
V dôsledku
zmeny pohyblivosti nosičov nábojov
vznikajú
mikrovlné
oscilácie
v polovodiči pri definovanej intenzite
el.
poľa.
Ďalšie
zvyšovanie
koncentrácie
nosičov
nábojov
v silných el. poliach vyvoláva vznik
tunelového javu. Situácia, keď
elektróny prestupujú vplyvom el. poľa
priamo
z valenčného
pásu
do
vodivostného, sa nazýva studenou
emisiou elektrónov a je známa pod
názvom Zenerov jav.
-vplyv mag. poľa: pôsobenie mag.
poľa na polovodič vyvoláva vznik
galvanomag. a termomag. javov,
z ktorých najznámejšie sú Hallov
a magnetorezistenčný jav. Podstatou
Hallovho javu je vplyv pôsobenia
mag. poľa na pohybujúce sa nosiče
náboja.
-vplyv svetla: fotoel. javmi sa
nazývajú efekty, ktoré sa pozorujú
v polovodičovom materiále pri jeho
ožiarení elektromag. žiarením rôznej
vlnovej dĺžky. Vnútorný fotoefekt má
za následok zmenu el. vodivosti
ožiareného polovodiča, vzniká tzv.
fotovodivosť.
-vplyv tlaku: mech. deformácia
polovočového materiálu vyvoláva
zmeny vlastností polovodiča. El.
vodivosť sa mení pod vplyvom mech.
deformácie tým, že sa mení
vzdialenosť medzi atómami v kryštále,
čo vedie k zmene koncentrácie
nosičov náboja ako aj k zmene ich
pohyblivosti.
7. Princíp magnetizmu elementárne
momenty, rozdelenie látok podľa
veľkosti celkového magnetického
momentua vzájomnejinterakcie
častí
Pri vysvetľovaní mag. javov sa
väčšinou vychádza z Ampérovho
pravidla: „Ak preteká uzavretým
vodičom
prúd,
vzniká
v okolí
prúdovodiča mag. pole ekvivalentné
mag. poľu trvalého magnetu.“ Z tohto
pohľadu aj atóm predstavuje zložitý
magnetický systém, ktorého výsledný
mag. moment je výslednicou mag.
momentov
elektrónov,
protónov
a neutrónov.
Mag. vlastnosti atómov určujú
v podstate mag. momenty elektrónov
(orbitálny a spinový). Mag. vlastnosti
látok určuje pohyb elektrónov
v atómoch a ich mag. momenty, typ
atómov,
druh
chem.
väzby
a usporiadanie atómov v látke.
Ako sa chovajú atómové momenty
vplyvom pôsobenia vonkajších mag.
polí opisujeme pomocou vplyvu
vonkajšieho mag. poľa na pohyb
elektrónov. Tento vykonáva pod
vplyvom vonk. mag. poľa dodatočný
pohyb – otáča sa okolo smeru
pôsobiaceho poľa. Takto vzniká mag.
moment, ktorý smeruje proti smeru
vonk. mag. poľa.
Rozdelenie látok:
diamag. permeabilita≤1
paramag. permeabilita ≥1
feromag. permeabilita >>1
8. Domény v mag. materiáloch,
magnetizačné procesy.
V závislosti od veľkosti vonkajšieho
mag. poľa mag. polarizácia feromag.
látok zo začiatku rýchlo rastie až
dosiahne asymptoticky maximumnasýtená mag polarizácia Js (resp.
indukcia Bs). V závislosti od teploty
indukcia stúpa s klesaním teploty až
k teplote absolútnej nuly,
kde
dosiahne hodnota Bs svoje maximum.
So stúpajúcou teplotou je teplotným
pohybom narušovaná spinová väzba,
ktorá
je
základom
spontánnej
magnetickej polarizácie domén. Pri
určitej teplote, označovanej ako
Curieho teplota, vzniká úplne náhodné
usporiadanie spinov a látka prechádza
do paramag. stavu.
Ak sa magnetizuje nikdy predtým
nemagnetizovaná vzorka magnetizácia
rastie až kým nedosiahne hodnoty
nasýtenia Bs. Ak potom znižuje
intenzitu H, klesá aj B, ale pri tých
istých
hodnotách
H
dosahuje
magnetizácia B vyššie hodnoty. Pri
H=0 dosiahne magnetizácia hodnotu
Br, ktorá sa nazýva zvyšková
magnetizácia-remanentná. Pri zmene
smeru magnetizácie je pri hodnote
B=0 intenzita rovná hodnote –Hc,
ktorá sa nazýva koercitívna sila alebo
koercivita. Pri magnetovaní späť cez
hodnotu –Br do bodu Hs, Bs opíšeme
hysteréznu klučku.
9. El. vodivosť izolantov, el.
pevnosť.
Všetky tech. materiály delíme na
vodiče,
polovodiče
a dielektriká
v podstate podľa toho, či obsahujú
alebo neobsahujú voľné el. náboje
a v akom množstve. V dielektrikách sa
len zriedka vyskytujú voľné elektróny
a elektrónová vodivosť , čo súvisí
s rozdelením energetických hladín.
V prevažnej väčšine dielektrík pri
bežných podmienkach sa vyskytuje
len iónová vodivosť spôsobená
pohybom voľných iónov. Každý
elektroizolačný materiál obsahuje
veľké množstvo elektricky viazaných
nábojov a nepatrné množstvo voľných
el. nábojov. Ak materiál vložíme do
el. poľa, pohybujú sa v ňom voľné
i viazané el. náboje.
Je však zásadný rozdiel v tom, akým
spôsobom sa pohybujú a preto sa ich
pohyb navonok prejavuje v rôznych
vlastnostiach dielektrík. Poznáme tieto
dielektriká: plynné, kvapalné a tuhé.
El pevnosť dielektrík:
Je to schopnosť dielektrika odolávať
namáhaniu el. poľa. Svojou veľkosťou
udáva intenzitu el. poľa, ktorá vedie
k strate izolačných vlastností, to
znamená k náhlemu zvýšeniu el.
vodivosti dielektrika. Jav, pri ktorom
sa náhle zvýši el. prúd medzi
elektródami dielektrika vplyvom
intenzity el. poľa, sa nazýva el výboj.
Napätie, pri ktorom vznikol prieraz, je
prierazné
napätie
Up.
Pomer
prierazného
napätia
Up
ku
vzdialenosti elektród h, medzi ktorými
došlo k prierazu vyjadruje el. pevnosť
dielektrika:
Ep=Up
h
10. Polarizácia dielektrík.
Pohyb
viazaných
nábojov
v dielektriku účinkom el. poľa,
vysunutie týchto nábojov z ich
rovnovážnych polôh na ohraničenú
malú
vzdialenosť
a orientácia
dipólových molekúl sa nazýva
polarizácia dielektrík.
Druhy polarizácie:
Deformačné (pružné, rýchle): I.
-elektrónová
-iónová
Relaxačné (tepelné, orientačné) II.
-dipólová
-iónová relaxačná
Objemové III.
-medzivrstvová
-vysokonapäťová
spontánna IV.
rezonančná V.
Pomer kapacity kondenzátora Cd
s daným dielektrikom ku kapacite
kondenzátora s vákuom Co nazývame
relatívnou permitivitou εr:
εr=Cd
Co
εr – miera polarizácie
dielektrika
Klasifikácia dielektrík podľa druhu
polarizácie:
-neutrálne dielektriká
-dipólové dielektriká
-iónové kryštály
-iónové amorfné látky
-feroelektriká
11.
Vrstvové
technológie
a impregnácia.
Technológia hrubých vrstiev:
Základom je nevákuový spôsob
nanášania materiálov vo forme pást
sieťotlačou
a ich
následné
vypaľovanie. Pasta sa nanáša cez sito
vo forme masky pomocou stierky na
podložku
tvorenú
väčšinou
keramickým materiálom. Pasta je
tvorená
troma
materialovými
zložkami:
-funkčnou-vzácne kovy, oxidy.
-väzobnou-nízkotavné sklá a oxidy.
-spojivovou-alkoholy a oleje
Motív
masky
sa
vytvára
fotolitograficky, hrúbka masky určuje
hrúbku nanesenej vrstvy. Postupnou
tlačou
s následnýmvypaľovaním
vzniká pasívna sieť pozostavajúca
z vodivých
vrstiev
(vodiče),
odporových
vrstiev
(rezistory),
prípadne izolačných a dielektrických
vrstiev. Do takto pripravenej pasívnej
siete sa osadzujú polovodičové
súčiastky.
Technológia tenkých vrstiev:
Tenké
vrstvy
sú
amorfné,
polykryštalické alebo monokryštalické
štruktúry
vytvárané
fyzikálnymi
depozičnými metódami – vákuové
naparovanie,
katódové
alebo
magnetrónové naprašovanie.
Tenké vrstvy sa využívajú pre
vytváranie
vodivých
sietí
na
keramických subtrátoch. Vyznačujú sa
vynikajúcimi
elektrickými
parametrami. Hrúbka tenkých vrstiev
je menšia ako 1μm a sú kladené
vysoké nároky na čistotu a drsnosť
povrchu subtrátu.
Vákuové naparovanie – je založené
na uvoľňovaní molekúl naparovaného
materiálu dôsledkom jeho ohrevu
v uzatvorenom systéme. Vytvára sa
rovnovážny tlak nasýtených pár
a v mieste, kde je teplota nižšia
dochádza k ich kondenzácii-podložka.
Katódové naprašovanie – je založené
na uvoľňovaní častíc materiálu
umiestneného ako katóda v systéme
s tlejivým výbojom za prítomnosti
inertného plynu pri zníženom tlaku.
V dôsledku vytvorenia katódového
spádu sú urychľované ióny plynu,
bombardujú katódu a vyrážajú z nej
častice materiálu. Tieto sa šíria
priestorom a usadzujú sa na vhodne
umiestnených substrátoch – vzniká
tenká vrstva.
Chemické
metody
–galvanické
nanašanie
- chemicky rozklad
vrstvy zo zlúčenin napr. vytváranie
uhlikových vrstiev
12.Impregnácia:
Účel:
zvýšenie
teplotnej
odolnosti
a vodivosti
zvýšenie odolnosti proti vlhkosti
zvýšenie el. pevnosti, zamedzenie
ionizácie
predĺženie životnosti
zvýšenie mechanickej pevnosti a
odolnosti proti chemickým účinkom
Realizácia:
sušenie (cirkulačné, ventilačné, za
vákua)
máčanie (jednoduché, za vákua, za
vákua a tlaku, odstredivé ...)
odkvapkávanie laku
odparenie (evaporácia) riedidla
vytvrdzovanie laku
Impregnaty
obsahujú
reaktívne
rozpúšťadlá (styrén, diallylftalát,
diakrylát), určené na impregnovanie
všetkých typov vinutí elektrických
točivých strojov a transformátorov
teplotnej triedy F a H.
Vyznačujú sa: krátkym časom
vytvrdzovania,
malým množstvom emisií bez
negatívneho
vplyvu na
životné prostredie,
-časovo
neobmedzenou
spracovateľnosťou,
-odolnosťou
voči
freónom,
rozpúšťadlám,
transformátorovému
oleju a rádioaktívnemu žiareniu.
Technológie impregnácie:
kontinuálna
diskontinuálna
máčaním pri atmosférickom tlaku
máčaním vo vákuu, za rotácie
,zakvapkávaním.
Kategórie materiálov:
Elektroizolačné tmely - epoxidové
dvojkomponentné, vytvrdzujúce sa pri
izbovej teplote.
Zalievacie živice - polyuretánové
dvojkomponentné, vytvrdzujúce sa pri
izbovej teplote.
Lepiace
laky
epoxidové
jednokomponentné, vytvrdzujúce sa
pri zvýšenej teplote.
13.Výroba čistých polovodičov
Pri výrobe polovodičových materilov
sa nikdy nedosiahne potrebne vysoká
čistota ,pri ktorej sa prejavy vlastna
vodivosť
polovodiča.Jednou
zo
základných metód fyzikálneho čistenia
a zdokonalovania štrukúry je zonalna
rafininácia:
Princip
spočíva
v rozdielnej
rozpustnosi
prímesi
v kvapalnej
a pevnej fáze. Prímesy pritomne
v tavenine v pevnej fáze majú
možnost
vytvárať
kryštalizačné
zárodky ,su však aj primey ,kt. su
v okamihu
tuhnutia
v tavenine
v kvapalnej fáze. Väčšina nečistôt
v polovodii ma väčšiu rozpustnosť
v kvapalnej
fáze.Ak
realizujeme
smerové chladenie, ked sa napr.
lodička zo zahriatym polovodičovým
materiáalom
zvolna
vysúva
z pece,bude v stuhnutej časti väčšia
čistota ako v roztavenej. Dokonalejšie
čistenie môžme dosiahnut opakovanim
tohto procesu.
15. Základné technológie a postupy
výroby polovodičových súčiastok.
Do skupiny polovodičových súčiastok
radíme súčiastky ako sú: diódy,
tranzistory, tyristory...
Všetky tieto súčiastky majú svoje
funkcie
odvodené
od
javov
prebiehajúcich na p-n priechode alebo
kombinácií p-n priechodov.
Zliatinová technol.: je založená na
vytváraní p-n priechodov zatavením
prímesových kovov do polovodičovej
dostičky.pri roztaveni povrchovej
vrstvy
dochadza
k difuzii
do
roztaveného
polovodiča,dojde
k rovnovážnemu stavua pri chladnuti
uvedena
zliatina
kryštalizuje.Koncentracia
aktiv.
nečistôt zavisi najviac od dosiahnut.
teplote
a od
spôsobu
chladnutia.Bhodne pre nizke frek.
Difúzna technol.: je založená na
dotavení základného polovodičového
materiálu
zvolením
dotujúcim
materiálom pri zvýšenej teplote bez
roztavenia kryštalickej mriežky.Z
povrchu dotujuceho prvku difunduju
primesy
do
polovodičoveho
materiálu,umožnuje
realizáciu
linearnych preichodovkoncentracia sa
linearne meniod max na povrchua
znizuje smerom do hlbky materialu
Epitaxná technol.: je založená na
nárastu
pôvodnej
štruktúry
kryštelickej mriežky na polovodičovej
doštičke
pri
vysokej
teplote
z vhodného média.V narastaucej
vrstve
sa
rozpúštajú
v presne
kontorlovanom množstve prímesi.
Ionová implantácia:primesové iony
sa dostavaju do materiálu vo forme
ionového prúdu
s vyskokymi energiami, nizko tepelny
proces,
maly stratový
rozptyl
,automatizacia,
široky
sortiment
prímesy
16.Základné materiály, technológie
a postup výroby integrovaných
obvodov.
Planárna technol.: je charakteristická
tým, že všetky vytvorené prvky sú
vjednej rovine. Využíva sa pri výrobe
integrovaných obvodov.Je založena na
vybornych maskovycich vlastnostiach
SiO2.Využiva
sa
pri
fotolitografickych
postupochfotocitlive
vrstvy,polymeracia,
leptanie,difuzia ,naparovanie vodiveho
kovu.
MOS tech. pri tvorbe integ. obvodov
s unipolarnymi
tranzist.Postupnym
zdokonalovanim sa vytvorilo vela
odvodenych postupov s využitim
rozličnich
ionizujucich
materialov,sposom leptania aktivnej
atomovej roviny.Jej vyvoj dospel aj
pouzitim extremne kratkych vlnovych
dlzok
pri
fotolitograf.pocesoch,ionovej
implantacii a využitiu elektron lučov
k vyrobe štruktur v submikroskopic.
velkosti
17.Základné montážne techniky
a postupy
v elektrotechnike:
Spájkovanie vlnou:
Spájkovanie vlnou je osvedčený
spôsob spájkovanie dosiek plošných
spojov. Základný princíp je, že subtrát
s osadenými súčiastkami je uložený na
pásovom dopravníku v rámčekoch
posúvaných raťazovým pohonom
a plynulo prechádza cez nasledujúcu
zóny:
- nanášanie tavivá (väčšinou penou
alebo sprejom), nasleduje odsávanie
prebytočného tavivá.
- predohrev (odstránenie rozpúšťadiel
a aktivácia tavivá, zníženie teplotného
šoku).
- spájkovanie (subtrát je vlečený
naprieč vlnou roztavenej spájky
vytlačovanej kolmou tryskou).
- chladenie (pomalé ochladzovanie
dosku na teplotu okolia – kryštalizácia
spájky).
Spájkovanie pretavením:
Základná myšlienka spájkovania
pretavením
vychádza
z princípu
nanášania hrubých vrstiev. Spájka je
na kontaktnú plochu nanášaná vo
forme pasty, potom sa na ňu osadia
súčiastky a pasta sa pretaví pri teplote
málo vyššej ako je bod tavenia spájky.
Spôsob ohrevu určuje nielen teplotu
pretavenia, ale aj priebeh celého
procesu a časové relácie nábehu
teploty a chladnutia. Ohrev môže byť
realizovaný troma spôsobmi:
- vedením tepla (kondukciou)
- prúdením tepla (konvekciou)
- žiarením (radiáciou)
Proces
spájkovania
prebieha
v spájkovacích
peciach
alebo
komorách, ktoré zaisťujú požadovaný
teplotný profil. Podľa spôsobu ohrevu
rozlišujeme
nasledujúce
metódy
spájkovania pretavením:
- infračerveným žiarením (infraohrev)
- horúcim vzduchom alebo plynom
v kondenzovaných
parách
(kondenzačné spájkovanie)
- laserom
- vyhrievaným nástrojom
- spájkovanie na horúcej doske alebo
páse
Ručné spájkovanie:
Na presnú prácu sa
používajú
spájkovačky s výkonom 15 -30 W bez
tepelnej regulácie alebo 50 W
s možnosťou nastavenia požadovanej
teploty. Veľkosť hrotu spájkovačky
závisí od veľkosti spajkovaného spoja.
Všeobecne sa používa hrot v tvare
dláta. Pri spájkovaní treba dodržať
tieto pravidlá:
- použiť čistý hrot správnej veľkosti
a teploty
- použiť kvalitnú spájku
- vývody súčiastok a DPS očistiť
a odmastiť.
18.Základné materiály, technológie
a postupy pri výrobe dosiek
plošných spojov:Najpouživanejšimi
materialmi pre dosky plošnćh spojov
nosne organic. ubsraty a vod vrstva
najčastejšie Cu.Vodiva vrstva neslúži
len na vytvorenie vodivej siete ale aj
k realizacii
spajkovacich
plôšok.Doska slui aj akomech nosič
sučiasok.Cu
folia
sa
vytvara
elektorlitic.nanašani
na
nehrdzavejucich bubnocha vyznacuje
sa vysokov 99.5 čistotou.Folia musi
vykazovať dostatočnu pružnosť aby
nedošlo
k prasknutiu
pri
ohybanisubstráatu.Substraty
sa
podielaju
velkou
mierou
na
výsledných parametroch DPS.Svojimi
vlastnostami
ovplivnuju celkovú
spolahlivosť
elektronického
systemu.Hlavne požiadavky spojene
s ich vyerom suvisia s nutnostou
prispôsobiť ich konštrukčné možnosti
neustalemu zmenšovaniu rozmerov
sučiastok
a zložitosti
systemov.Požiadavky:Realizácia
velmi tenkych ciest, zlepšenie tepelnej
voidvosti, zlepšenie fyzik. vlastnosti
,možnost realizacie vodičov s def.
impedanciou,zniženie
permitivity,
naklady.Najrozšir.typom substratomv
montažnych technologiach, DPSs
nosnou
časťou
tvorenou
organic.materialmi na baze laminatovPCB.Org. substraty na vyrobu DPS
maju
samozhašacie
vlastnosti.3
napouživanejšieFR234
vrstveny
papier tvrdeny fenilockou živicou,vrs.
pap. tvr. epoxid.živicou a sklenna
tkanina
tvr.
epox.živic.RealizaciaDPS:Subtraktiv
a- odleptavanie vodivej folie cez
masky zhot. fotolitograf metodouzložite prepajacie obvody.
Aditivna-postupne
nanášanie
vodivých spojov chem, bezprudovo
alebo glavanicky,vyhodna pre vyrobu
miniatúrnych štruktúr.-jedno a 2oj
vrstvove
dosky.Keramické
substráty-väčšinou použivané pre
hybridne
IO.Znatelne
lepšie
machanicke a elektrick. vlastnosti, aj
vyššia cena Dävodom použitia sú
vysoké nároky na spolahlivosťlekarsvo let.a kozm.auto priemyslel
alebo priamo na obvod- výkomové
zaťaženie,
mikrovlnn
aplikacie.Hrubka min od 0,5mm hore
je to doležite pre odvod tepla-pasivne
chladenie.
Realizacia
vodivých
prepojeni –tenko a hrubo vrstva tech.
19.Základné materiály, techniky
a postupy pri spájkovaní.
Spajky+-najrozširenejšie spájkovacie
materiály ,sú realizované na báze
SnPb-mäke spájky.Su zlitiny pre niek.
aplikacie
doplnené
striebr.
al.antimon.Dalšia
skupina
+so
sniženým bodom taavenia aäčši obsah
bizmutu a + pre spajkovanie Au
kt,neobsahuju
cin
ale
indium
aPb.Najdôležite
požiadavkou na + je čo najnižši bod
tavenia
koli
T
namahaniu
sučiastok.Charakt. vlastnosťou pliatin
pre spajkovanie je globularna štrukt.
vytvarana
v priebehu
chladnutia.Pritom najsôr dochadza
k prechodu + do plastick. stavu
a potom pri dosiahnuti T tuhej fazy ku
stuhnutiu vytvara sa štruktúra typcka
pre eutektické zliatin Taky spoj splna
požiadavky pre machanic aj elek
vlastnosti
a možno
ho
nedeštruktivnym spôsobo odstraniť
a znovu obnovit.Pri spajkovani na
DPS nastáva silna interakcia Sn
s ostatnými
material.
a hlavne
Cu.Spreivod. javom je difúzia ionov
Cu do + a ionov Sn do medennej
folie.Podiel Pb v tomto procese nehra
ulohu.Z hladiska spájkovatelnosti je
difúzia pozit.javom jej sekund javom
je však vytváranie rôznych chem
zlučenin na rozhrani kovu a + ktore
zhoršujú mech a el. vleasrnosti
spoja.Bezolovnate spájky-škodlivosť
na živ prost.pr.SnAg,SnAgZn musia
splnať požiadavky:El a mech vlastnosi
musia byť podob ako u+ na baze
SnPb.Musia byť dostatočne dostupné
a čisté,cena nesmie byť vyššia
akoSnPb
Spakkovacie pasty-materialy ,kt sa
použivaju
pre
spajk.pretavenim.Homogenne zemsy
čistého kovu zodpovedajuce zloženiu
spajky
s tavivom
a prisluš.
rozpúšťadlom a aktivátorom.Tavivá
pre spájkovanie+Dokonaly spoj je
možne urobiť zodpovedajucej kvalite
iba ak spojove povryhy sú dobre
zmáčavé.Preto musia byť spojovane
kovy čisté bez oxidov.Lebo kovy
oxiduju,treba +miesta očistit.Nato sa
použivajú tavivá,kt sa nanašaju na
+povrch pred spajkovanim alebo je
tavivo obsiahnute priamo v pajkovacej
paste.Možme ho zhrnut do bodov:
odstraňuje
oxid.vrstvy
a ostatne
nečistoty z povrchu spájkovaných
kovových plôch a +.Zabranuje
pristupu reakčnych kovov do oblati
vytvaraneho spoja,chrani očistene
kovove plochy pred vznikom oxidov
do vzniku vytvaraneho spoja.Prispieva
k rovnomernemu
rozloženiu
a dosiahnutiu teploty tavenia na celej
spajkovanej
ploche.Vytv.prostredie
s nizkym povrchovim napätim na
rozhrani spajka-tavivo. Su 2 zaklad.
typy taviv:Kvapalne pri spajkovani
vlnou
taviva
obsiahnute
v spájkovacich pastách.
Lepidlá:nevodive lepidla:epoxidove
živice
,
silikonove
materialy,
akrylatove
a vytvrdzovane
UV
žiarenim.Vodive-su
tvorene
polymerovym
nosičom(epoxid,polyamid) a kovovym
plnivom
zabezpečujúcim
el.
a tep.vlastnosti(Ag,Au,Cu)kt. tvori 20
až 30per.objemu.Ich merny odpor je
asi o rad vyšši aj cenaje vyššia oproti
+spojom.Lep.
musia
splnať
požiadavky:1zložkový system, dlha
skladovatelnosť,dostatoč.doba
pre
spracovanie, kratky čas pre zasušenie
pri čo najnižš. T dobre el
vlastnosti,chem
odolnosť,odolnosť
voči T pri spajkovani,ekologickosť.
20.Vyroba čisteho kremika:Zonalna
tavenie. vid vyroba polovodicov.
Chemicky:
čistenie
kremenneho
piesku SiO2 pri T 1600 vznika
metalurgicky Si prašok s 98 čistotou
zvyšky kov
Fe,Al
pre polovodičový priemysel:
Si prášok sa chemicky čistí pôsobenie HCl pri teplote 300°C.
získa sa trichlórsilan SiHCl3 - tekutý
už pri teplote 32°C, ľahko sa môže
čistiť ďalšou procedúrou
reakciou s vodíkom pri teplote 1100
°C sa získa čistý polykryštalický
kremík.
Rast monokryštálu
zárodok na rast monokryštálu sa
pripravuje laboratórne v potrebnej
kryštalografickej rovine
Czochralského
metóda
rastu
monokryštálu - ingot
do taveniny Si sa pridáva prímes na
získanie požadovaného typu vodivosti
a veľkosti merného odporu
ingot váži desiatky kg a priemer
dosahuje 30 cm.
Rezanie ingotov na plátky
Brúsenie plátkov (waferov)
Leštenie a leptanie plátkov (waferov)
Czochralského
metóda
rastu
monokryštálu: Malý zárodok kryštálu
materiálu, ktorý má byť vypestovaný,
je spustený smerom k povrchu
taveniny a potom ťahaný pomaly hore.
Ako je zárodok ťahaný z taveniny,
vyťahuje so sebou vrstvu roztaveného
materiálu. Materiál postupne chladne a
prijíma tú istú kryštalickú štruktúru
ako zárodočný kryštál. Pri príprave
prímesového polovodiča pridáme do
taveniny tabletu materiálu legovacej
latky.
Tvorba
takéhoto
polovodičového kryštálu je však
obtiažnejšia, pretože tlak pary
materiálov zložiek je rozdielny. Pri
teplota požadovanej k roztaveniu
materiálu s vysokou teplotou tavenia
sa materiál s nízkym bodom tavenia
vyparí. Vyparovaniu vieme zabrániť
pomocou použitia kvapalného viečka
alebo uzatvorením.Uzatvorenie musí
byť vytvorené z materiálu, ktorý má
menšiu hustotu ako materiál téglika a
nesmieť byť absorbovaný do taveniny.
Napr. pri tvorbe kryštálov z indium
fosfidu je k zapuzdreniu použitý oxid
boritý (B2O3), ktorý spolu s vysokým
tlakom inertného plynu v komore
zamedzuje unikaniu fosforu z výparov
taveniny.
REZANIE
INGOTOV
NA
PLÁTKY
orezaná a obrúsená časť kremíkového
ingotu s vybrúsenou orientačnou
plochou sa v ďalšej technologickej
operácii rozčlení – rozreže na dosky
(doštičky, plátky, wafery, hovorovo salámky) požadovanej hrúbky.
polovodičové materiály (osobitne
kremík) sú veľmi tvrdé a krehké, nie
je možné s nimi pracovať obvyklými
metódami trieskového obrábania =
všetky metódy členenia ingotu Si na
dosky sú založené na prebrusovaní
jemnými zrnami veľmi tvrdého
brusiva
najpoužívanejšie metódy členenia sú:
rezanie pásovou pílkou alebo drôtom s
brúsnou
suspenziou
,rezanie
kotúčovou pílou s brúsnymi zrnami s
vonkajším rezom al. vnútorným rezom
používa
sa
kotúčová
píla
s diamantovým hrotom - reže sa
vnútorným obvodom píly
monokryštál sa reže v požadovaných
kryštalografických rovinách.Narezané
plátky obsahujú trhlinky, ryhy, chýba
planparalelnosť strán, nehomogénnosť
hrúbky
pri rezaní vzniká odpad – cca polovica
ingotu
BRÚSENIE
PLÁTKOV
(WAFEROV)Volí sa veľkosť a tvrdosť brúsneho zrna, rýchlosť brúsenia a tlak
Postupuje sa od hrubšieho po jemnejšie brúsne zrno, od 25 μm do 2μm.Ako
brusivo sa používa korund alebo SiC
Dosiahne sa drsnosť povrchu s výškou 0,15 μm
Plátky sa oplachujú deionizovanou
vodou a sušia
LEŠTENIE A LEPTANIE PLÁTKOV
(WAFEROV)
Mechanické - leštiacimi práškami
priemeru 1μm suspenziou Cr 2O3
Chemické – oxidácia + leptanie HF
Mechanicko-chemické – tlakom iónmi
CrZáver: Leptanie v HCl do vysokého
lesku
Plátky
sa
oplachujú
deionizovanou vodou a sušia
Download