Материалы микроэлектроники

Вид материала

Документы

Содержание Полупроводниковые преобразователи больших уровней свч - мощности Угловые зависимости ширины линии мод Рентгенографические исследования эволюции структуры микрокристаллических сплавов Расчет зависимости ширины линий мод Групп симметрии кристаллов Влияние пластической деформации на магнитные свойства парамагнитных сплавов Исследование распада пересыщенного твердого раствора в хромовой бронзе Влияние процесса деформационного старения на структуру и физико-механические свойства конструкционных малолегированных сталей

Подобный материал:

• Семинар \"Новые магнитные материалы микроэлектроники\" (нммм 19). 28 июня 2 июля 2004,, 23.32kb.
• «Материалы и компоненты микроэлектроники», 359kb.
• Xxi международная конференция, 74.63kb.
• Республики Беларусь «24», 3587.94kb.
• Программа спецкурса " Электронно-зондовая диагностика материалов и приборов микроэлектроники", 13.07kb.
• Введение в специальность, 2241.27kb.
• Физика полупроводниковых приборов, 1091.64kb.
• Твердые растворы на основе карбида кремния: технология и свойства, 66.85kb.
• Физика полупроводников и твердотельная электроника введение, 56.3kb.
• Физика твердого тела и твердотельная электроника введение, 40.45kb.

Полупроводниковые преобразователи больших уровней свч - мощности

А.Н. Комов, А.А. Колесникова, Л.В. Курганская, А.В. Щербак

Самарский государственный университет, г. Самара


Среди различных методов измерения мощности импульсных СВЧ сигналов полупроводниковые преобразователи являются наиболее перспективными [1]. Обладая малыми инерционными свойствами, полупроводники нашли широкое применение в этой области. Однако измерения сигналов больших уровней с малой длительностью остается до настоящего времени актуальной задачей.

В настоящей работе рассматривается метод, основанный на радиоэлектрическом эффекте в полупроводниковых преобразователях. В качестве материала чувствительного элемента выбран карбид кремния. Большая подвижность носителей заряда в n-SiC и высокая термостойкость карбида кремния и позволяют использовать его при сигналах малой длительности и больших уровней мощности.

Преобразователь мощности представляет собой отрезок стандартного прямоугольного волновода, в котором помещен полупроводниковый чувствительный элемент. Чувствительный элемент выполнен в виде слоя карбида кремния n-типа на кремниевой подложке p-типа методом гетероэпитаксии. Измерение мощности основано на радиоэлектрическом эффекте, возникающем в слое карбида кремния. Известно, что радиоэлектрический эффект практически безинерционен, следовательно быстродействие преобразователя мощности определяется только емкостью и индуктивностью его конструкции.

В целях наименьшего рассогласования образцы изготавливались размером 3 × 4 мм, контакт металл – полупроводник и золотые выводы к ним находились вне волноводного тракта с целью исключения их влияния на выходной сигнал. КСВН таких преобразователей составлял 1,2 при размере рабочей части образца 4 мм × 2 мм × 0,15 мм [2]. Зависимость выходного сигнала с измерения мощности оставалась линейной до 10 Вт. Ошибка не превышала 5%. Важной характеристикой таких преобразователей остаётся безынерционность их реакции на изменение передающего СВЧ сигнала.

1. Тагер А. С. Перспективные направления полупроводниковой электроники СВЧ // Литовский физический сборник. – 1981. – Т.21. -№4.– с. 23-44.
   
2. Гуляев Ю.В. О возникновении постоянной ЭДС при распространении электромагнитной волны в проводящей среде // Радиотехника и электроника. 1968. Т. 4. С. 688 - 694.
   

УГЛОВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ШИРИНЫ ЛИНИИ МОД

СПИН-ВОЛНОВОГО РЕЗОНАНСА В МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ С ДИССИПАТИВНЫМ И СМЕШАННЫМ МЕХАНИЗМАМИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СПИНОВ.


А.Г. Бажанов

Мордовский государственный университет, Саранск

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование зависимостей ширины линии мод спин-волнового резонанса от угла между внешним магнитным полем и нормалью к плоскости пленки в двухслойных магнитных пленках с диссипативным [1] и смешанным [2] механизмами закрепления спинов. Установлено, что для пленок с диссипативным механизмом закрепления спинов возрастание ширины линии при связано с увеличением угла разориентации между внешним магнитным полем и направлением равновесной намагниченности образца (рис.а). Примерно равные значения для перпендикулярной и параллельной ориентаций связаны с одинаковыми значениями глубины проникновения спиновой волны в слои закрепления для той и другой ориентаций. Установлено, что для пленок со смешанным механизмом закрепления спинов возрастание ширины линии с увеличением угла связано с увеличением глубины проникновения спиновой волны в слой закрепления (рис.б).

1. Зюзин А.М., Бажанов А.Г., Сабаев С.Н., Кидяев С.С. ФТТ. 2000. Т. 42. №. 7, С. 1279-1283.
   
2. А.М. Зюзин, С.Н. Сабаев, А.Г. Бажанов и др. Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. № 4. С. 33-38.
   

Зародышеобразование и рост кремниевых слоев на сапфире методом молекулярно-лучевой эпитаксии


Денисов С.А., Коротков Е.В., Чалков В.Ю., Шенгуров В.Г.

Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского, Н.Новгород


Для изготовления радиационно-стойких интегральных схем используется наиболее отработанная (и практически единственная коммерчески доступная) технология выращивания структур кремний на сапфире (КНС).

Низкотемпературный метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) позволяет выращивать КНС-структуры лучшими электрофизическими параметрами, чем в газофазной эпитаксии [1]. Снижение температуры роста ослабляет диффузию атомов алюминия из подложки в эпитаксиальный слой кремния, а также снижает напряжения в пленке из-за различия коэффициентов линейного расширения кремния и сапфира. В то же время поверхность слоев остается шероховатой.

Целью данной работы являлось исследование начальных стадий роста методом МЛЭ слоев кремния на сапфире () и поиск путей для сглаживания их поверхности.

Выращивание КНС-структур на подложках сапфира осуществляли в сверхвысоковакуумной установке по методике описанной в [2]. Слои толщиной 0,3 – 1 мкм исследовали методами рентгеновской дифракции, электронографии и на атомно-силовом микроскопе.

Установлено, что на предварительно отожженных при 1400°C подложках растут эпитаксиальные слои кремния ориентации (100) при температуре выше 550°C. При повышении температуры подложки слои растут более совершенные слои, но с грубой поверхностью.

Из данных атомно-силовой микроскопии для слоев разной толщины была вычислена плотность мест зарождения. Слои, выращенные в течение 30 с, имели плотность островков ~1·10⁹ см ². Линейная экстраполяция к пленке нулевой толщины дает плотность мест зарождения, равную ~5·10⁹ см ².

Для подавления островкового механизма роста слоев кремния на сапфире на начальной стадии их роста в работе было использовано предварительное осаждение тонкой (1 2 нм) пленки аморфного кремния на сапфире, на которую затем осаждали основной слой. Результаты исследования показали, что в этом случае растут эпитаксиальные слои кремния с более гладкой поверхностью.


[1] E.D. Richmond, M.E. Twigg and S. Quadri // Appl. Phys. Lett. 1990, v.56, p.2551.

[2] С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков и др. // Поверхность. 2005, № 11, с. 32 39 (в печати).


РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРЫ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ


К.В. Грешнова

Нижегородский государственный университет им. Лобачевского, Нижний Новгород


Как известно, микрокристаллическая структура металлов и сплавов, полученная методом интенсивного деформирования не является стабильной при нагреве в области температур выше 0,3Т_m. Для стабилизации микрокристаллической структуры используются мелкодисперсные частицы второй фазы, которые могут быть введены в матрицу путём выделения из пересыщенного твёрдого раствора при термообработке. Основная проблема при решении задачи о стабилизации микрокристаллической структуры состоит в том, чтобы найти режимы термообработки, при которых дисперсные частицы, способные стабилизировать зёренную структуру, выделяются раньше, чем начинают расти зёрна.

В поставленной работе объектом исследования являются микрокристаллические сплавы системы Al-1,5÷4,5%Mg-0,3%Sc-0,15%Zr, полученные методом равноканального углового прессования (РКУП) по режиму В_с. Сплавы были получены путём литья в металлическую изложницу. После литья их структура представляла собой пересыщенный твёрдый раствор Sc и Zr в алюминиевой матрице. После 6 циклов РКУП при температуре 100÷150⁰ С размер зерна в сплаве составлял 0,5 мкм. Как известно, предел растворимости Sc и Zr в сплавах при температуре 600⁰ С составляет в сумме 0,3÷0,4%, а при комнатной температуре Sc и Zr практически не растворимы. При нагреве закалённых сплавов из пересыщенного твёрдого раствора происходит выделение дисперсных частиц сложного стехиометрического состава Al₃Sc_xZr_(1-x). Максимальная объёмная доля при указанном содержании Sc и Zr выделяющихся частиц составляет 1%. В соответствии с соотношением Зинера для стабилизации зёренной структуры сплава и сохранения размера зерна на уровне 1 мкм необходимо, чтобы размер выделяющихся частиц не превышал 10 нм. Эффективным методом определения размера таких частиц является метод малоуглового рассеяния. Особенность метода заключается в том, что наблюдение рассеянного излучения при съёмке на «просвет» производится в области от нескольких минут до 5 – 8⁰ по отношению к падающему пучку.Анализ экспериментальной кривой распределения интенсивности дифрагированных лучей на частицах от угла рассеяния с использованием формулы Гинье позволяет рассчитать размер частиц II фазы.

Анализ влияния режимов термообработки на средний размер частиц позволил определить оптимальные температуры, обеспечивающие стабилизацию структуры Al-1,5÷4,5%Mg-0,3%Sc-0,15%Zr.


РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ ШИРИНЫ ЛИНИЙ МОД

СПИН-ВОЛНОВОГО РЕЗОНАНСА ОТ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ

ЗАКРЕПЛЕНИЯ В ДВУХСЛОЙНЫХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ.


А.М. Зюзин, С.Н. Сабаев, М.А. Бакулин

Мордовский государственный университет, г. Саранск


В предлагаемой работе исследовано влияние толщины слоя закрепления на ширину линии мод спин-волнового резонанса при различных ориентациях внешнего магнитного поля. Исследования проводились на двухслойных монокристаллических пленках ферритов-гранатов полученных методом жидкофазной эпитаксии из двух различных растворов в расплаве. Спектры спин-волнового резонанса (СВР) записывались на частоте .

Ранее [1] нами было установлено, уставлено, что при диссипативном или смешанном механизмах закрепления спинов, ширина линий мод СВР возрастает с увеличением номера моды. Было показано, что возрастание обусловлено увеличением относительного вклада области экспоненциального затухания в диссипацию энергии спиновых волн. В настоящей работе обнаружено «аномальное» поведение ширины линий в двухслойных пленках мод СВР заключающееся в том, что с уменьшением толщины слоя закрепления (которое производилось путем послойного стравливания) от значений происходит монотонное возрастание (на рис. 1, показаны зависимости от толщины слоя закрепления с исходной толщиной ). И лишь начина с происходит уменьшение значений . При параллельной ориентации зависимости от толщины имели совершенно иной, периодический характер. Для объяснения полученных зависимостей в работе проведен соответствующий расчет и показано, что наблюдающееся поведение ширины линий мод СВР обусловлено изменением относительного вклада области экспоненциального затухания в слое с большим в диссипацию энергии стоячих гармонических волн (на рис. 1 – сплошная линия).


[1] А.М. Зюзин, А.Г. Бажанов, С.Н. Сабаев, С.С. Кидяев, ФТТ, 2000, 42, 7, С.1279.

О ГЕОМЕТРИЧЕСКОМ АСПЕКТЕ Распространенности

ГРУПП СИММЕТРИИ КРИСТАЛЛОВ


Сомов Н. В., Чупрунов Е. В.

ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Н. Новгород


Множество групп федоровской симметрии далеко неоднородно представлено в виде атомных структур кристаллов. По информации из последних баз данных кристаллов [1, 2], можно выделить ряд групп симметрии, в которых кристаллизуется всего по несколько атомных структур. Установлено, что одной из геометрических особенностей таких групп является высокая доля запрещенного объема в элементарной ячейке кристалла. Под запрещенным объемом будем понимать объем элементарной ячейки, который не может быть занят атомами.

На рисунке 1 показана диаграмма распределения пространственных групп тетрагональной сингонии. Ось абсцисс – логарифм числа атомных структур, ось ординат – величина дисперсии размера орбиты исходной группы, радиус окружностей пропорционален доле удельного запрещенного объема.



Рис. 1. Распределение групп симметрии тетрагональной сингонии

Как видно из графика четкой зависимости между этими параметрами нет, но некие общие тенденции все же прослеживаются. Группы симметрии, для которых характерен большой запрещенный объем характеризуются средней дисперсией параметров орбит. Наиболее распространенные группы симметрии имеют не высокую долю запрещенного объема при значительной дисперсии параметров орбиты. Отсутствие, каких либо жестких границ на диаграмме лишний раз подтверждает, что симметрия лишь необходимое условие наличия свойства.

1. Cambridge Crystallographic Data Center, November 2004 release.
   
2. Inorganic Crystal Structure Database, release 2004.
   

ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПАРАМАГНИТНЫХ СПЛАВОВ


К.Н. Нищев, К.В. Саврасов

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск.


В ряде работ экспериментально показано, что различные механические воздействия на диа- и парамагнетики (механическое диспергирование, пластическая деформация и др.) могут сопровождаться существенным изменением их магнитной восприимчивости. Несмотря на значительный объем полученных данных, до настоящего времени физическая природа наблюдаемых эффектов остается невыясненной. В частности, четко не установлена корреляция между анизотропией магнитной восприимчивости пластически деформированных парамагнитных сплавов и наведенной пластической деформацией их кристаллографической текстурой. Целью настоящей работы являлось исследование данной корреляции.

В качестве исследуемого материала в работе использовался промышленный сплав ВТ6 (Al-5%, V-4%). Измерения анизотропии магнитной восприимчивости сплава осуществлялись методом Фарадея на установке с чувствительностью 2 10^-9 см³/г. Исследования проведены на прутках, полученных прессованием при температуре существования -фазы ( 850°С ) и прутках, подвергнутых прессованию при температуре 1030°С - в области существования -фазы. Для измерения анизотропия магнитной восприимчивости использовались образцы, вырезанные из различных зон пластически деформированного прутка, отличающихся степенью деформации материала.

В результате проведенных измерений показано, что наиболее отчетливо корреляция между анизотропией магнитной восприимчивости пластически деформированных образцов и наведенной текстурой наблюдается для образцов, вырезанных из зоны наиболее сильной деформации в прутках, полученных прессованием при температуре 1030°С.

Установлено, что вклады преимущественных ориентировок разных типов в магнитную анизотропию существенно различаются. Так ориентировка , несмотря на свою значительную относительную интенсивность, влияет на величину магнитной анизотропии образцов существенно меньше, чем ориентировка (0001). Данный факт связывается с тем, что при высокотемпературном прессовании в зоне максимальной деформации прутка увеличивается доля кристаллитов, гексагональная ось которых лежит в осевом направлении прутка, что, в свою очередь, является причиной существенного возрастания парамагнитной восприимчивости сплава в осевом направлении прутка.


ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПАДА ПЕРЕСЫЩЕННОГО ТВЕРДОГО РАСТВОРА В ХРОМОВОЙ БРОНЗЕ


Н.В. Мелёхин, Ю.Г. Лопатин

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород


В работе исследовался сплав меди Cu-0.6%Cr-0.1%Zr в двух состояниях: литом (крупнокристаллическом) и микрокристаллическом (МК) (после различного числа циклов РКУП). Образцы для исследования предоставлены В.И. Копыловым (ФТИ НАНБ).

Для экспериментального изучения распада пересыщенного твердого раствора применялся метод прецизионного измерения удельного электросопроивления (УЭС). Получен ряд экспериментальных зависимостей УЭС от времени изотермической выдержки в интервале температур от 250°С до 450°С. Длительность выдержек варьировалась от 1 до 180 минут.

Проведен анализ экспериментальных данных при помощи уравнения Аврами, при этом учитывалось, что в процессе распада возможно выделение только частиц хрома.

Анализ позволил разделить экспериментальные зависимости на стадии. Каждой из стадий соответствует собственная комбинация параметров уравнения Аврами, которая характеризует процесс, происходящий в материале.

Процесс распада в МК материале имеет четырехстадийный характер. На первой и второй стадии, исходя из параметров уравнения Аврами, происходит зарождение и рост частиц, контролируемый диффузией хрома по границам зерен. На третьей и четвертой стадиях – зарождение и рост частиц, контролируемый объемной диффузией.

В литом материале процесс распада имеет трехстадийный характер. Первая стадия соответствует росту частиц, выделившихся при литье. Процесс контролируется объемной диффузией. На второй и третьей стадиях – наблюдается зарождение и рост частиц в объеме зерен.

В результате проведенной работы аттестовано исходное состояние исследованных сплавов. Показаны принципиальные отличия в кинетике распада литого и МК материалов. Так, в МК сплаве появляются новые процессы с малыми инкубационными периодами, что обусловлено специфической микроструктурой материала.

Авторы выражают признательность за поддержку Международному научно-техническому центру ISTC (грант 2809), Российскому Фонду Фундаментальных Исследований РФФИ (грант 03-02-16923), программе Фундаментальных исследований РАН «Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов», а также Научно-образовательному центру «Физика твердотельных наноструктур» Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского (НОЦ ФТНС ННГУ) и программе «Фундаментальные исследования в высшем образовании» (BRHE).

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИОННОГО СТАРЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ


Михайлов А.С., Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н.

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород


В работе исследовано влияние процесса деформационного старения на структуру и физико-механические свойства низкоуглеродистых малолегированных сталей, используемых для изготовления труб магистральных газопроводов.

Объектами исследования служили стали марок 09Г2С, 17Г1С, 14ХГС, 09Г2ФБ. Стали имели феррито-перлитную структуру и были изготовлены по технологии нормализованного проката.

Для исследования структуры сталей использовались стандартные методы оптической микроскопии (металлографии). Для исследования склонности сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррозии) использовалась методика испытаний на трехточечный изгиб. Измерение коррозионной стойкости сталей проводилось путем измерения величины скорости коррозии при переменном погружении образцов в агрессивную среду. Исследование усталостных свойств образцов проводилось на гладких образцах по схеме «изгиб с вращением».

Проведенные усталостные испытания показали, что старение приводит к уменьшению предела усталости _-1 и при заданном уровне напряжений к снижению числа циклов до разрушения N^*.

Показано, что увеличение степени старения стали приводит к снижению параметров ее стресс-коррозионной стойкости. При увеличении степени старения наблюдается монотонное увеличение числа и размеров образующихся трещин. Показано, что зависимость числа и размеров трещин от величины приложенного напряжения имеет немонотонный характер – при напряжениях сопоставимых с величиной предела макроупругости на возрастающих зависимостях числа и размеров трещин от величины приложенного напряжения наблюдается минимум. Установлено, что стресс-коррозионные трещины развиваются преимущественно по границам зерен. Показано, что с увеличением степени старения склонность стали к равномерной коррозии изменяется немонотонно. Проведенные металлографические исследования структуры показали, что при увеличении степени старения происходит частичный распад твердого раствора феррита и образование структурно-свободного цементита по границам зерен феррита.

Для объяснения наблюдаемых закономерностей предложены модель деформационного старения трубных сталей, а также модель влияния старения на коррозионные и стресс-коррозионные свойства трубных сталей.