Главная страница
Культура
Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Психология
Биология
Сельское хозяйство
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
История
Физика
Экология
Энергетика
Этика
Логика
Религия
Промышленность
Философия
Геология
Социология
Химия
Политология

Лекция 13 алмазы в электронной промышленности


Скачать 0.94 Mb.
НазваниеЛекция 13 алмазы в электронной промышленности
Анкор13.doc
Дата11.01.2018
Размер0.94 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файла13.doc
ТипЛекция
#14929

ЛЕКЦИЯ 13

АЛМАЗЫ В ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Среди большого разнообразия алмазов очень редко встречаются кристаллы с полупроводниковыми свойствами (IIb типа) и незначительным содержанием азота, прозрачные в ультрафиолетовой области спектра (IIa типа). Такие кристаллы алмаза применяются в электронной промышленности. Для создания полупроводниковых приборов на основе алмаза играют важную роль их тепловые и электрические свойства (табл. 1).

Таблица 1

Основные характеристики алмазов







Свойства

Тип алмазов

IIa

IIb

Ia


1

Частота встречаемости в природе, %

редко

0,1-2

98

2

Теплопроводность, Вт/см К

16-20

10-16

5-10

3

Ширина запрещенной зоны, эВ

5,5

5,5

5,5

4

Диэлектрическая постоянная, ε

5,7

5,7

5,7

5

Концентрация примесей азота, %

0,0001

0,001

0,3

6

Электрическое сопротивление, Ом/см

102-106

1012

1016

7

Область пропускания, мк

0,2-100

0,2-100

0,3-6

8-100

8

Поле лавинного пробоя, Ем В/см

2,5-107

1-106

1-106

9

Подвижность электронов, μе

Подвижность дырок, μ см2/в-с

2400

2100

1800

1200

-

-

10

Максимальная рабочая температура, ˚С

900

900

900

11

Предельная радиационная стойкость,

нейтрон/см2

1014

1014

1014

12

Максимальная агрессивная стойкость в кислотах, щелочах, ˚С

500

500

500


Для сравнения приведем, к примеру, теплопроводность некоторых материалов: медь – 4, серебро – 4,2, бронза – 0,3, оксид бериллия – 2,2.

На основе алмазов с полупроводниковыми свойствами (IIb типа) могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. высоковольтные выпрямительные диоды;

  2. оптоэлектронные переключатели;

  3. светодиоды (область свечения 400-55- нм);

  4. биполярные транзисторы p-n перехода;

  5. детекторы ядерного излучения для регистрации нейтронов и α-, β-, γ-частиц;

  6. быстродействующие терморезисторы;

  7. СВЧ приботы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды);

  8. теплоотводы к различным приборам.

Для создания перечисленных приборов на основе алмазов IIb типа важную роль играют следующие их основные свойства:

  1. наличие электронной и дырочной проводимости;

  2. высокая прозрачность в УФ-области и минимальное содержание концентрации азота различных форм вхождения в кристаллическую решетку;

  3. высокая теплопроводность;

  4. большое значение величины электрического пробоя;

  5. большая величина ширины запрещенной зоны и диэлектрической постоянной;

  6. максимально высокая рабочая температура и предельная радиационная стойкость, а также большая устойчивость к агрессивным средам.

Алмазы IIа типа применяются для изготовления теплоотводов для лавинно-пролетных диодов (ЛПД), теплоотводов для диодов Ганна, теплоотводов для полупроводниковых квантовых генераторов (ПКГ), теплоотводящих опр в электровакуумных приборах. Алмазные теплоотводы широко используются в таких важных областях, как подводная кабельная связь и космос (рис.1).
Рис.1. Мельчайшие алмазные кубики отводят тепло от важнейших узлов космической электронной техники.




Рис. 2. Алмазные подложки служат для охлаждения компьютерных микросхем.


Алмазные резисторы могут работать при низких температурах, в радиационных поясах и агрессивных средах. Алмазные микронагревательные устройства предназначены для экономичных электропаяльников для пайки микросхем. Применение алмаза в качестве подложки мощного электронного прибора обусловлено высокой теплопроводностью и низкой диэлектрической непроницаемостью (рис.2). Алмазная подложка (теплоотвод) по соотношению этих параметров в 20-40 раз превосходит лучший керамический материал из окиси бериллия. При этом он не токсичен. Такими параметрами обладают на настоящий момент только природные алмазы, так как синтетические алмазы таких размеров и качества еще не получены в достаточном количестве.
Из алмазов Iа типа могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. теплоотводы;

  2. высокотемпературные резисторы;

  3. низкоомные резисторы.

На поверхности алмазов Iа типа лазерным излучением возможно создание резистивного слоя, что открывает большие возможности их применения в промышленности. При воздействии мощного импульсного лазерного воздействия происходят изменения структуры поверхностного слоя алмаза, который обладает очень высокими разистивными свойствами.
Как отбирают из всего количества добываемого алмазного сырья кристаллы с полупроводниковыми свойствами? Исследователями установлена корреляция между физическими свойствами, особенностями примесного состава и морфологией кристаллов алмаза. Бездефектные кристаллы не фотолюминесцируют и не двупреломляют. Тушение и поглощение рентгенолюминесценции у них происходит за счет центров окраски, внутренних напряжений, макродефектов и микропримесей. Повышенное количество микропримесей и примесей азота ухудшает качество кристаллов.

В таблице 2 приведена схема сортировки алмазов по их физическим свойствам и морфологии для выделения наиболее высококачественных кристаллов, дефектность которых макроскопически не всегда определяется. Алмазы изучают с целью выявления характера их свечения в УФ-лучах, определения величины аномального двупреломления и гранной морфологии, отбраковывая среди них индивиды с высоким цветом интерференции, святящиеся желтым и оранжевым цветами, а также кристаллы с полицентрически растущими гранями, боковой скульптурой и округло-ступенчатые.

Таблица 2

Схема сортировки алмазов для электронной промышленности





Операция

Критерии

Эффект

I

Рассев по классам крупности:

-1…+0,5; -2…+1; -4…+2; -8…+4; +8 мм

Рассев кристаллов по классам крупности облегчает последующие опрации

II

Разделение кристаллов по цвету

Выделяются кристаллы с неравномерной окраской, которые имеют пониженную прочность при динамических нагрузках

III

Морфологическое описание по классам крупности (двойники, сильно уплощенные по оси L3)

Разделяются алмазы различной сортности (ювелирные, технические, оптические)

IV

Выбраковка по цвету фотолюминесценции (желтый, оранжевый). Отбор кристаллов по двупреломлению (интерференционная окраска при скрещенных николях).

Отбираются кристаллы с желтой и оранжевой люминесценцией, которые имеют пониженные термические и механические свойства

V

Выделение кристаллов, прозрачных в УФ-лучах (IIа и промежуточные)

Выбраковываются кристаллы более хрупкие и менее прочные к статическим и динамическим нагрузкам

VI

Сортировка кристаллов по электропроводимости (IIа тип)

Отбираются кристаллы, считывающие ядерные частицы, рассеивающие и отводящие тепло, служащие как оптические окна в УФ- и ИК-областях спектра

VII




Отобранные кристаллы используются в качестве диодов, триодов, термисторов и счетчиков проводимости



Литература

  1. Аргунов К.П. Информационно-аналитическй обзор по обработке и применению алмазов в электронной технике. Якутск: Гохран РС(Я), 1999. - 91 с.

  2. Аргунов К.П. Алмазы Якутии: физические, морфологические, геммологические особенности. Якутск: ГУ ГОХРАН РС(Я), 2002. – 342 с.

  3. Вавилов В.С., Гиппиус А.А., Конорова Е.А. Электронные и оптические процессы в алмазе. М.: Наука, 1985.

  4. Алмазы в электронной технике. (Сб. статей под ред. В.Б.Кваскова), М.: Энергоатомиздат, 1990.

  5. Уорд Ф. Алмазы. М., 1995.


написать администратору сайта