Рецензенти: доц. Московського станкоинструментального інституту, канд техн наук Г. И. Гранітів; викладач Московського технікуму електронних приладів А. В. Закревская Гаркуша Ж. М
| Вид материала | Документы |
- Україна харківська міська рада харківської області виконавчий комітет управління освіти, 181.85kb.
- Гост 17623-87, 138.94kb.
- М. А. Ляшко доц., канд физ мат наук; Т. Н. Смотрова доц., канд, 2299.13kb.
- Надійності та безпеки в будівництві, 692.13kb.
- Гост 5382-91, 1729.88kb.
- Д. М. Лаковский (руководитель темы); И. В. Колечицкая; С. А. Резник, канд техн наук;, 203.82kb.
- Гост 14637-89: Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества Технические, 310.23kb.
- Государственный стандарт союза сср здания и сооружения Методы измерения яркости, 278.78kb.
- Гост 26824-86, 248.28kb.
- Строительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование, 2477.63kb.
Останнім часом тонкі феромагнітні плівки знаходять усе більше застосування в обчислювальній техніці і радиоэлектрон ных пристроях. Причина полягає в тім, що феромагнітні плівки мають високу швидкість зміни намагніченості при порівняно малій потужності керуючих ланцюгів. Крім те го, у цих плівках практично відсутні вихрові струми аж до Свч-диапазона. Феромагнітні плівки мають широкий інтервал робочих температур, від -100 до +100" С.
Найбільше застосування в техніку знаходять магнітні плівки, створені на основі таких ферромагнетиков, як залізо, кобальт,
236
ниель. Ферромагнетиками називають такі тверді тіла, що мають властивість спонтанної намагніченості, тобто намагніченості, що зберігається і при відсутності зовнішнього магнітного полючи, кормі перерахованих металів до ферромагнетикам відносять багато їхніх сплавів.
Спонтанну намагніченість ферромагнетиков пояснюють у такий спосіб. Атом речовини володіє механічним і магиит-ных моментами, що складаються з орбітальних і спінових моментів електронів. Можуть існувати стану, у яких механічний і магнітний моменти скомпенсовані, тобто повний момент атома дорівнює нулю. Але в деяких речовин типу заліза, кобальту, нікелю магнітні моменти невеликого числа
електронів залишаються нескомпенсирован-ными (в атома заліза чотири електрони, в атома кобальту три, у нікелю два), що й обумовлює їхні специфічні властивості.
У ферромагнетиков в елементарному осередку атомні елементарні магнітні моменти орієнтуються паралельно один одному. Така структура встановлюється мимовільно. У процесі формирова-ния феромагнітного кристала в ньому виникає велика кількість блоків з однорідною мимовільною намагніченістю. Ці блоки називають домена-
Намагничеиность двох сусідніх доменов, як правило, протилежна, а в поверхневих доменов напрямок намагніченості перпендикулярно напрямку намагніченості доменов в объ-еме кристала (мал. 11.1).
Між доменамиг розташовані перехідні шари, називані
доменними стенкамн. Конфігурація доменов і доменних стінок
ферромагнетиков визначаються з умов мінімуму їхньої внутрішньої енергії. У випадку об'ємного кристала мінімуму енергії соосветствует струкгура, що складає з великого числа доменов.
Усередині кожного з цих доменов усі спини утримуються в одному
напрямку великими обмінними силами. Усередині стінок измеие-
ние направленин спинов здійснюється поворотом навколо осі,
перпендикулярної площини стінки.
Магнітні тонкі плівки відрізняються по своїх властивостях від
соосветствующих масивних магнітних матеріалів. По-перше, на
противагу внутрішнім електронним спинам, поверхневі спини знаходяться в структурі з найбільш низьким порядком
симетрії, тому що вони мають "сусідів" тільки з боку плівки.
В других, розташування атомів у декількох шарах, найближчих
до підкладки, залежить від природи підкладки -і температури осадження плівки. Як підкладки звичайно використовують пластини
з чи скла кварцу - аморфних матеріалів, тому вони не мо- гут істотно впливати на кристалічну структуру плівок.
237
Однак дефекти поверхні підкладок будуть впливати на розташування атомів у найближчих до підкладки шарах. Вільна поверхня плівки під дією навколишнього середовища може оксидуватися, що також впливає на властивості плівок.
Реальна тонка феромагнітна плівка складається з безлічі доменов. Домены намагнічені до насичення, тобто в доменах спини всіх електронів розташовуються паралельно. Намагніченість плівки визначається намагніченістю окремих доменов (векторною сумою намагніченостей), тому вона може приймати значення від нуля до деякого максимального значення, коли плівку можна вважати складається з одного великого домена.
Тонка плівка являє собою не цілком упорядковану зернисту структуру. Намагніченість плівки прагне ориенти-
роваться уздовж визначеного напрямку, називаного напрямком легкого намагнічування. Напрямок, уздовж якого сутужніше всего намагнітити плівку, називають напрямком важкого намагнічування. Найбільше застосування в техніку знаходять плівки з одноосьовою анізотропією. У тонких плівок мається один переважний напрямок намагніченості, звичайне співпадаюче з їхньою площиною. Одноосьова анізотропія створюється в процесі виготовлення плівки шляхом додатка постійного магнітного полючи, рівнобіжного площини підкладки. Вісь легкого намагнічування утвориться в напрямку прикладеного полючи.
Фізичними параметрами магнітних плівок є: намагніченість, постійна магнітної анізотропії, коэрцитивная сила і прямоугольность петлі гистерезиса в напрямку осі легкого намагнічування.
Намагніченість l - це щільність магнітного моменту, обумовленого обертанням електронів навколо їхньої власної осі і спрямованого уздовж осі обертання електрона:де М - магнітний момент середовища, дорівнює векторній сумі магнітних моментів всіх атомів, укладених в обсязі V.
Намагніченість збільшується зі зростанням напруженості зовнішнього магнітного полючи (нелінійно) і досягає насичення (мал. 11.2).
Магнітна анізотропія обумовлена анізотропним характером взаємодії між елементарними носіями магнітного моменту. Більшість тонких плівок складається з одного великого домена, намагніченість усередині який спрямована уздовж осі легкого намагнічування. Цей домен оточений по краях плівки невеликими доменами з протилежним напрямком намагніченості. У залежності від способу одержання плівки, конфигура-
238
ция доменов може бути всілякої ; клинчастої, типу шахівниці .
У тонких плівках, товщина яких у багато разів менше товщини доменної стінки, не можуть створюватися стінки, площини яких рівнобіжні поверхні плівки. Стінки мають різноманітну форму; спіральну, конічну, з поперечними зв'язками і т.п.. Чи розмагнічування перемагчивание плівок являє собою рух доменних стінок,Тонкі феромагнітні плівки виготовляють за допомогою термовакуумного напилювання, електролітичного осадження, ионно-плазменпого розпилення і хімічного осадження.Найбільше часто застосовують метод термовакуумного напилювання, при якому використовують вакуумні установки, що дозволяють одержати розрідження не гірше 5-10~6 Па. Кобальт, нікель і залізо в процесі випару утворять сплави з молібденом, танталом і іншими жароміцними металами, тому тиглі приходиться робити з алунда, а нагрівши металів здійснювати за допомогою струмів високої частоти.
Для зниження впливу кисню і водню на структуру і властивості плівок в установку поміщають титановий геттер для їхньої адсорбції.
Методом ионно-плазменного розпилення феромагнітні плівки одержують у присутності магнітного полючи. Швидкість осадження і магнітні властивості плівки в значній мірі залежать від щільності катода, виконуваного з матеріалу, що підлягає розпиленню. Ніж щільніше катод, тим вище швидкість осадження і тем менше коэрцитивная сила.
Однорідність плівки по товщині залежить від площі електродів, відстані між ними і від величини прикладеної напруги. На свойства плівки впливає положення підкладки стосовно різних зон тліючого розряду. Хімічні методи осадження в основному використовують для одержання непровідних магнітних плівок - ферритовых і гранатових. Плівки, виготовлені цими методами, изотропны незалежно від наявності магнітного полючи і мають петлю гистерезиса з високим ступенем прямоуголыюстн.
У випадку електролітичного осадження плівки наносять па підкладку за допомогою електролізу. Водяний розчин електроліту містить катіони металу, що осаджується, аннони, що забезпечують більш сприятливі умови осадження, і присадки для спеціальних цільний. На характер осадження плівки впливають такі умови, як температура розчину, щільність струму, стан поверхні підкладки, кислотність розчину.
Гарні магнітні властивості спостерігаються в плівок, получен-ных у широкому діапазоні значень плотностей* струму від 0,25 до 500 ма/див2. Для одержання плівок з малими значеннями коэрцитивной сили необхідні підкладки з мінімальною шорсткістю |и найбільш хаотичною орієнтацією кристаллитов.
239
контрольні питання
1. Чому в металів з високою температурою плавлення плівки получа
ются неорієнтованими, з малою величиною зерен?
2. Чи впливає швидкість випару металів на структуру їхніх плівок?
3. Чому стан поверхні підкладки, на яку наноситься плівка,
визначає властивості плівки?
4. Для чого потрібно підігрівати підкладку?
5. Де більше довжина вільного пробігу електрона - у масивному материа
ле чи в металевій плівці того ж складу?
6. Чому термічний отжиг змінює величину питомого опору
металевих плівок?
7. У чому розходження між тонкими плівками і эпитаксиальными шарами?
8. Чому швидкість нарощування эпитаксиальных шарів на підкладці з репетуй
ентацией (111) найменша?
9. На что впливають дефекти эпитакснальных шарів?
10. Чому в діелектричної плівки, використовуваної в якості пасивую
щей, структура повинна бути аморфної?
11. Чому на границі роздягнула кремний-диоксид кремнію виникають ме
ханические напруги?
12. Від чого залежить щільність діелектричних плівок?
13. Як впливає на величину коефіцієнта переломлення збільшення содер
жания води в діелектричній плівці?
14. Чим обумовлені втрати в діелектричних плівках?
15. Чому оксидні плівки впливають на властивості кремнію, що служить під
ложкою?
16. Дати визначення феромагнітного домена.
17. Якщо феромагнітна плівка - це один домен, то чому дорівнює його на
магниченность?
18. Як впливає структура феромагнітної плівки на її намагніченість?
ЛІТЕРАТУРА
Основна
1. Стильбанс Л. С. Фізика напівпровідників. - М.: Радянське ра
дио, 1967.
2. Новиков В. В. Теоретичні основи мікроелектроніки. - ГЛ.: выс-
шая школа, 1972.
З.Епифанов Г. И. Фізичні основи мікроелектроніки. - М.: Радянське радіо, 1971.
Додаткова
До глав 1, 2
1. Вихман Э. Квантова фізика.-М.: Наука, 1977.
2. Митрофанов В. В., Фогель В. А. Фізика і хімія напівпровід
ников.-Л.: Суднобудування, 1965.
3 Шпольскнй Э. В. Атомна фізика.-М.: Наука, 1974. 4. Б у ш м а н о в Б. ДО, Хромів Ю. А. Фізика поверхні твердого :їла. - М.: Вища школа, 1971.
До глави 4
1. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Фізика напівпровід
ников. - М.: Наука, 1977.
2. Алфеев В. Н. Напівпровідники, надпровідники і параэлектрики в
крноэлектронике. - М.: Радянське радіо, 1979.
3. Па латник Л. З, Сорокін В. К. Матеріалознавство в мікро
електроніці. - М.: Енергія, 1978.
До глави 5
1. Левин штейн М. Е., Пожела Ю. К-, Шур М. С. Ефект Ган-
па. - М.: Радянське радіо, 1975.
2. Павлов Л. П. Методи визначення основних параметрів напівпровід
никовых матеріалів.-М.: Вища школа, 1975.
3. Уэрт Ч., Томсон Р. Фізика твердого тіла. - М.; Світ, 1969.
До глави 6
1. Е ф н м о в Е. А., Е р у с а л и м ч и до И. Г. Електрохімія германія до [кремнію. -М.: Госхимиздат, 1963.
2 Голубєв Л. В., Леонов Е. І, Сверхрешетки. - М.: Знання, 1977. 3. Изгарышев Н. А., Горбачов СВ. Курс теоретичної електрохімії.- М. - Л.: Госхимиздат, 1961.
4. Поверхнею і контактні явища в напівпровідниках. Изд. Томського (університету, 1964.
5. Шарму Б. Л., Пурохит В. К. Напівпровідникові гетероперехо-гды. -М.: Радянське радіо, 1979. І
6. Милне А., Фойхт Д. Гетеропереходы і переходи метал - напівпро-
водник. - М.: Світ, 1975.
241
До глави 7 1
Я
1. Шайв Дж. Фізичні властивості і конструкції полупроводликовых'
приладів. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 1
До глави 8 |
1. Клим про хто вич Ю. Д. Квантові генератори світла і нелінійна оп-
тика. - М.: Освіта, 1966, і
2. Свєшников С. В. Элемепты оптоелектроніки,-М.: Радянське радіо
До глави 9
1. Ржа по в А. В. Електронні процеси на поверхні полупроводни
ков.-М.: Нааука, 1971. j
2. Киссилев В. Ф. Поверхностпые явища в напівпровідниках і диэлект-1
риках. -М.: Шаука, 1970. J
3. П е к а Г. П. Фізика поверхні напівпровідників. Изд. Київського уни- '
верситета, 19667. .'
4. Мікроелектроніка і напівпровідникові прилади/Під ред. А. А. В а-
сен копа і Я. А. Федотова. Вып. Ш, М.: Радянське радіо, 1976. '
5. Воль кенштейн Ф. Ф. Фізика -хімія поверхні полупроводни
ков. - М.: Наука, 1973.
До глави 10
1. Литвинов Р. О. Вплив поверхні на характеристики напівпро
водниковых приладів.- Київ: Наукова думка, 1972.
2. Агал арзаде П. З, Петрил А. И., З і дин про у С. О. Основи
конструпроватия і технології обробки поверхні р-n-переходов. - М.: З
ветское радиго, 1978.
3. Ф а й жштейн С. М. Обробка і захист поверхні полупроводни
ковых прибоуров. - М.: Енергія, 1970.
ковых А. И. Захист і герметизація напівпровідникових приладів і интегрзльншх схем. - М.: Вища школа, 1978.
До глави 11
1. Слушкая В. В. Тонкі плівки в техніку надвисоких частот. - М.:
Радянське ра!дио, 1967.
2. Чершяев В. Н. Технологія виробництва інтегральних мікросхем.-
М.: Енергія, 1977.
3. Пузьырев В. А. Тонкі феромагнітні плівки а радіотехнічні
ланцюги. - М.: Радянське радіо, 1974.
4. Окчслясние, дифузія, эпитаксия/Під ред. Р. Бургера і Р. Доно-
Вану. -М.п Світ, 1969.
ЗМІСТ
Стр.
Передмова 3
Уведення 4
Глава 1- Будівля атома 8
§ 1.1. Теорія Планка і фотоефект 8
§ 1.2. Лінійчаті спектри атомів і теорія Бора про будівлю атома 12
§ 1.3. Дискретність енергетичних рівнів електронів в атомах
і спектри рентгенівських променів L5
§ 1.4. Хвильове рівняння електрона. Квантові числа ...... 18
§ 1.5. Електронна будівля атомів 21
Контрольні питання н задачі 23
Розділ 2. Будівля твердого тіла 24
§ 2.1. Хімічний зв'язок у молекулах 24
§ 2.2. Atpeі-атные стану речовини 26
§ 2.3- Кристалічна структура твердого тіла 28
§ 2.4. Хімічні зв'язки п кристалах 32
§ 2-5. Позначення площин і напрямків у кристалі 37
§ 2.6. Теплові коливання атомів 39
§ 2.7. Дефекти кристалів 40
§ 2.8. Визначення структури кристала 44
§ 2.9. Рідкі кристали .* 49
Контрольні питання н задачі 53
Розділ 3. Зонна теорія твердого тіла і статистика електронів .... 53
§ 3.1. Електронні стани у твердих тілах 53
§ 3.2. .Метали, діелектрики і напівпровідники з погляду зон
ний теорії 56
§ 3.3. Статистика носіїв заряду у твердому тілі 61
Контрольні "опитування і задачі 65
Розділ 4. Електропровідність твердих тіл 66
§ 4.1. Висновок формули електропровідності твердих тіл 66
§ 4.2. Електропровідність металів 68
§ 4.3. Надпровідність металів 69
§ 4.4. Електропровідність власних напівпровідників 72
§ 4.5. Примесные напівпровідники 76
§ 4.6. Температурна залежність електропровідності напівпровід
Ника 83
§ 4.7. Напівпровідники в області криогенних температур і понад
провідність напівпровідників ' . . 87
§ 4.8. Вимір питомого опору напівпровідників 90
§ 4.9. Визначення тину електропровідності напівпровідників ... 93
Контрольні попроси і задачі 93
243
Стр.
Розділ 5. Кінетичні явища в напівпровідниках 94
§ 5.1. Вплив сильних електричних полів на електропровідність
напівпровідників 94
§ 5.2. Ефект Ганна 97
§ 5.3. Нерівновагі носії заряду 101
§ 5.4. Неоднорідні напівпровідники. Дифузійні і дрейфові
струми 102
§ 5.5. Вимір параметрів напівпровідників 104
§ 5.6. Гальваномагнітні ефекти 109
§ 5.7. Термомагнітні ефекти З
§ 5.8. Теплові властивості напівпровідників 113
Контрольні питання н задачі 118
Розділ 6. Контакти напівпровідника з металом і електролітом .... 119
§ 6.1. Робота виходу і контактна різниця потенціалів 119
§ 6.2. Контакт напівпровідника і металу 121
§ 6.3. Випрямлення на контакті напівпровідника з металом . . . 125
§ 6.4. Контакт металу з електролітом 130
§ 6.5. Будівля подвійного шару 132
§ 6.6. Контакт напівпровідника з електролітом 133
§ 6.7. Власний потенціал електрода. Методи його виміру . . 134
§ 6.8. Вольт-амперні характеристики контакту металу і напівпро
водник з електролітом 135
Контрольні питання і задачі 138
Глава 7. Контакти напівпровідника з діелектриком і напівпровідником 139
§ 7.1. Утворення р-л-переходов 139
§ 7.2. Класифікація р-л-переходов 141
§ 7.3. Природа струмів через р-n-переход 145
§ 7.4. Омічні переходи. Переходи п-п+, р-р+ 147
§ 7.5. Гетеропереходы 149
§ 7.6. Перенос носіїв у тонких плівках 151
§ 7.7. Струми в діелектричних і напівпровідникових плівках, огра
ниченные просторовим зарядом 154
§ 7.8. Сверхрешетки 156
Контрольні питання і задачі 160
Глава 8. Термоелектричні і фотоелектричні властивості напівпровід
ников 160
§ 8.1. Термоелектричні явища 160
§ 8.2. Фотопровідність 164
§ 8.3. Спектр поглинання напівпровідників. Квантовий вихід ... 167
§ 8.4. Рекомбінація носіїв заряду 169
§ 8.5. Люмінесценція 172
§ 8.6. Фото-э. д. с. у напівпровідниках 173
§ 8.7. Квантові генератори 176
§ 8.8. Твердотельные лазери 179
§ 8.9. Поняття про оптоелектроніку 183
Контрольні питання 185
Глава 9. Поверхневі властивості напівпровідників 186
§ 9.1. Особливості будівлі поверхні напівпровідників 186
§ 9.2. Утворення поверхневого заряду 188
§ 9.3. Явище адсорбції на поверхні напівпровідників .... 193
§ 9.4. Поверхнева електропровідність 196
§ 9.5. Ефект полючи 199
244
Стр.
§ 9.6. Фізичні явища при переносі носіїв заряду з по-
міццю Мдп-структур 204
§ 9.7. Канали провідності 207
§ 9.8. Поверхнева рекомбінація 209
§ 9.9. Швидкі і повільні стани 213
Контрольні питання і задачі 214
Глава 10. Залежність параметрів напівпровідникових приладів від з-
стояння поверхні 215
§ 10.1. Вплив властивостей поверхні на параметри полупроводни-
ковых приладів 215
§ 10.2 Тік поверхневого витоку 218
§ 10 3. Стабільність характеристик приладів 220
§ 10.4. Стабілізація поверхневого заряду 223
Контрольні питання 225
Глава 11. Властивості тонких плівок 226
§ 11.1. Особливості структури плівок 226
§ 11.2. Металеві плівки 227
§ 11.3. Эпитаксиальные шари 230
§ 11.4. Діелектричні плівки 232
§ 11.5. Феромагнітні плівки 236
Контрольні питання 240
Література o 241
Жанна Матвіївні Гаркуша
ОСНОВИ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ '
Зав. редакцією Л. Д. Романова Науковий редактор канд. фнз.-м'ят. наук В. В. Юдин
Редактор видавництва И. Г. Волкова
Художній редактор Т. М. Скиорцова
Технічний редактор 3. В. Нужднна
Коректор Г. А. Чечітки й у
ИБ № 3566
Изд. № ЕР-306. Здано в набір 06 01."2. Подп. до друку 12.01.82. Т-06493. Формат 60X90Vіe. Бум. тип. № 2. Гарнітура літературна. Печатка висока Обсяг 15,5 усл. меч. л. 15.63 усл. кр.-тт. 16,42 уч.-изд. л. Тираж 20 СШ экз.
Інк. № 56. Ціна 63 коп.
Видавництво свысшая школа", Москва, K-51, Неглинная вул., д. 29/14.
Московська друкарня № 8 Союз поли графа прома при Державному комі-тітці СРСР по справах видавництв, поліграфія і книжкова торгівля. Хохловский пров., 7.
ВИДАВНИЦТВО "ВИЩА ШКОЛА"
ВИПУСТИТЬ У СВІТЛО В 1982 РОЦІ
для учащихся середніх спеціальних навчальних закладів наступні підручники:
Криушин В. Н., Командрояская И. А., Черняк Н. Г. Технічні засоби АСУ: Підручник. - 15 л., іл. - 55 к. У підручнику розглянуті експлуатаційно-технічні характеристики, склад пристроїв і принципи роботи технічних засобів, використовуваних для обробки інформації в ситемах керування; основні принципи побудови ЕОМ третього покоління; викладені прийоми і методи роботи на клавішних і перфораційних машинах; показані шляхи розвитку технічної бази і методика вибору комплексу технічних засобів автоматизованих систем. Для учащихся середніх спеціальних навчальних закладів. Може бути корисний обличчям, що займаються питаннями проектування й експлуатації засобів АСУ.
Потапов В. М., Хомченког. П. Хімія: Підручник, - 25 л., іл. - У пров.: 90 к.
У підручнику в доступній формі викладаються основні поняття і закони хімії, будівля атома і періодичний закон Д. И. Менделєєва, електролітична дисоціація; на сучасній теоретичній основі розглядаються з'єднання азоту, фосфору, вуглецю, кремнію, металів. У частині, присвяченої органічної хімії, розглядаються вуглеводні, галоген-, кисень- і азотсодержащие з'єднання. Коротко освітлені гетероциклы, органічні сполуки, сірки, фосфору, миш'яку, кремнію і металів. Для нехімічних технікумів, що учаться.
Цигельман И. Е. Електропостачання цивільних будинків і комунальних підприємств: Підручник. - 2-і изд., перераб. і доп. - 25 л., іл. - У пров.: 1 р. 10 к.
У книзі розглянуті загальні зведення про електричні станції і режими їхньої роботи, принципові схеми побудови живильних і розподільних міських мереж напругою до 10
і їх