Конспект лекций «Элементная база РЭС» (стр. 5 )

Жидкостное травление

В основе жидкостного травления лежит химическая реакция жидкого травителя и твёрдого тела. В результате образуется растворимое соединение.

Локальное травление осуществляется через маску.

Травление может быть изотропным (равномерно во всех направлениях) и анизотропным (преимущественно по одному направлению).

Травление производится плавиком: HF

Жидкостное травление изотропно, кроме того обладает высокой избирательностью.

Скорость химической реакции зависит от кристаллографической ориентации пластины.

Сухое анизотропное травление

Сухое – не жидкостное (Кэп ©). При сухом анизотропном травлении травление производят в вакуумной установке в плазме газового разряда.

2 механизма травления:

- ионное травление

- плазмохимическое травление

Использование плазмы в технологиях микроэлектронике основано на двух эффектах:

получение ионов и ускорение их в электрическом поле (физическое взаимодействие); образование наряду с электронами и ионами возбуждённых атомов и радикалов, что позволяет на несколько порядков увеличить протекание химической реакции (химическое взаимодействие).

Если основной эффект это физическое распыление, то такое травление называется ионное травление.

Если основной механизм – химическое взаимодействие возбуждённых атомов и радикалов, то такое травление – плазмохимическое травление.

Сухое травление является более анизотропным относительно жидкостного, в свою очередь ионное травление является более анизотропным, чем плазмохимическое.

Ионное травление практически не обладает избирательностью.

Плазмохимическое травление обладает избирательностью.

Нанесение тонких плёнок.

Эпитаксия.

Эпитаксия – процесс наращивания монокристаллического слоя (эпитаксиальной плёнки), повторяющего структуру подложки и её кристаллографическую ориентацию. В большинстве случаев материалы плёнки и подложки одинаковые, но могут применяться и разные материалы с близкой кристаллической структурой. Эпитаксиальная плёнка создаётся на всей поверхности подложки, одновременно в неё вводятся примеси, распределяющиеся равномерно по объёму плёнки.

Т=1200 С

Одновременно с реагентами, содержащими кремний, в …подаётся бор и ….

Резисторы

Классификация резисторов

Принцип действия резисторов основан на использовании свойств материалов оказывать сопротивление электрическому току.

По назначению резисторы могут быть:

общего назначения прецизионные высокочастотные высокомегаомные высоковольтные и др.

По эксплуатационным характеристикам:

термо - и влагостойкие резисторы вибро - и ударопрочные

По виду токопроводящего элемента резисторы подразделяют на группы с обозначениями согласно ГОСТ :

Русская буква С (постоянные резисторы) и СВ (переменные резисторы) Второй индекс – цифровой, обозначает тип резистивного элемента:

1 – резисторы с резистивным элементом не проволочным, поверхностным, углеродистым.

2 – не проволочный, поверхностный, метало-окисный.

3 – поверхностный композиционный

4 – объёмный композиционный (в т. ч. и композитные материалы)

5 – проволочный.

Постоянный непроволочный поверхностный резистор цилиндрической формы

РИС1

1 – колпачок с выводом

2 – токопроводящий слой

3 – керамический стержень

4 – защитная эмаль

Резисторы постоянного сопротивления

Резисторы изменяемого сопротивления:

- подстроечные (предполагают однократную регулировку в процессе настройки аппаратуры)

- переменные (позволяют изменять сопротивление многократно)

Толщина токопроводящего поверхностного слоя – порядка единиц мкм. На внешние торцы стержня насажены латунные колпачки. Токопроводящий слой низкоомных резисторов (до 200..300Ом) выполнен сплошным, токопроводящий слой высокоомных резисторов выполнен в виде нарезки (рис.1)

Постоянный непроволочный объёмный резистор

РИС2

1 – выводы

2 – стеклоэмалевая оболочка

3 – защитное покрытие

4 – токопроводящая композиция

Постоянный проволочный резистор

Представляет собой керамический изоляционный каркас, на который намотана проволка, имеющая высокое удельное сопротивление.

Материалы: Нихром, Константан, Мнгалин.

Переменные резисторы

Бывают проволочные и непроволочные.

Токопроводящий элемент наносится/наматывается на диэлектрическую пластину подковообразной формы, по которой скользит подвижный проволочный контакт, укреплённый на поворотной оси. Резистор заключён в пластмассовый или керамический корпус, который может быть также помещён в металлический экран.

2. Основные параметры резисторов

  1. Номинальное сопротивление и его допустимые отклонения.

Определяется через с,

Для резисторов общего (широкого) назначения существуют 6 рядов номинального сопротивления:

Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифра означает, сколько значений номинального сопротивления находится в каждой декаде (декада – изменение сопротивления в 10 раз).

Для Е6: 1кОм, 1,5 кОм, 2,2кОм, 3,3кОм, 4,7кОм, 6,8кОм, 10кОм, 15кОм…

2. Допустимое отклонение в процентах.

от  ±0,01% до 0,02%; 0,05%; 0,1%; 0,2%; 0,5%; 1%; 2%; 5%; 10%; 20%; 30%.

Прецизионные резисторы имеют допустимое отклонения сопротивления не хуже ±2%

Резисторы общего назначения как правило от 5% до 20%

30% - наихудшее значение для переменных резисторов

  3. Номинальная рассеиваемая мощность

Под этой величиной понимают максимально допустимую мощность при непрерывной электрической нагрузке, при которой обеспечиваются параметры, установленные в технических условиях на резисторы.

Номинальная мощность рассеивания как правило лежит в пределах от 0,01 до 500Вт.\

РИС4

  4. Предельное рабочее напряжение

Предельное рабочее напряжение – максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам, которое не вызывает превышения норм на электрические параметры по техническим условиям.

  5. Температурный коэффициент сопротивления

Этот параметр характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры на 1є.

Типичный порядок ТКС – 10-4..10-5 град-1. При этом для большинства резисторов эта величина является линейной. Проволочные резисторы имеют положительный ТКС, углеродистые – отрицательный ТКС, композиционные – знакопеременный ТКС.

  6. Шумы

При приложении к резисторам постоянного или переменного напряжения наблюдаются шумы. Шум представляет собой переменную составляющую, накладываемую на постоянный уровень напряжения, что создаёт помехи для прохождения сигнала.

Шумы имеют два источника происхождения:

1) тепловой шум

2) токовый шум

Тепловой шум возникает под действием теплового движения электронов в токопроводящем слое, что приводит к случайным микроизменениям в сопротивлении резистора, которые затем приводят к переменным пульсациям напряжения. Тепловой шум возрастает при увеличении температуры. Тепловой шум присущ всем видам резисторов, но наибольшее внимание ему уделяют в проволочных резисторах, потому что в них токовые шумы отсутствуют.

Токовый шум возникает в резисторах с зернистой структурой (фактически все резистивные материалы кроме металлов с высоким сопротивлением и сплавов). Прохождение тока носит случайный характер и наиболее вероятно там, где соприкасаются зёрна структур.

  7. Частотные свойства резисторов

Относительно работы на постоянном токе, сопротивление резистора на высокой частоте может изменяться.

РИС5 – эквивалентная схема резистора

Наиболее заметно влияние паразитной ёмкости и индуктивности в проволочных резисторах. Индуктивности образуются в обмотке провода и в выводах, а паразитная ёмкость – между витками обмотки. В меньшей степени это же относится к резисторам с тонкоплёночным резистивным слоем, нанесённым по спирали. В связи с этим проволочные резисторы применяются при частотах не более звуковых.

3. Резисторы с особыми свойствами

3.1 Высокочастотные резисторы

Это резисторы, не изменяющие существенно своего сопротивления на частотах выше 10МГц. Главное свойство этих резисторов обеспечивается отсутствием нарезки, а в ряде случаев и отсутствием проволочных выводов.

3.2 Резисторы с нелинейной ВАХ

К ним относятся:

1) варисторы (сопротивление зависит от приложенного напряжения)

2) терморезисторы (сопротивление зависит от температуры)

3) фоторезисторы (сопротивление зависит от освещённости)

Варистор характеризуется статическим и динамическим сопротивлением. Статическое сопротивление находится стандартно – U/I, динамическое сопротивление = dU/dI, при этом подразумевается, что динамическое сопротивление является функцией напряжения.

Терморезистор – полупроводниковый резистор, сопротивление которого особенно сильно зависит от температуры. ТКС терморезисторов на несколько порядков (2-3) больше ТКС обычных резисторов. Материал резистивного слоя – окислы металлов (медно-марганцевые/кобальто-марганцевые терморезисторы)

Фоторезистор – состоит из стеклянной пластины, на поверхность которой нанесена плёнка сульфида свинца/сульфида кадмия (PbS/CdS). Темновое сопротивление фоторезисторов больше, чем сопротивление при освещении на 1-2 порядка.

4. Конденсаторы

4.1 Общие сведения о конденсаторах

Электрический конденсатор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его ёмкости. Представляет собой систему из 2х электродов, разделённых диэлектриком и обладает способностью накапливать электрическую энергию.

Ёмкость конденсатора определяется отношением накапливаемого заряда к приложенному напряжению. q/U. Соответственно 1Ф=1Кл/1В.

В основу классификации конденсаторов положено деление по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным особенностям.

Вид диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсатора:

- сопротивление изоляции

- стабильность ёмкости

- величину потерь и др.

В зависимости от назначения конденсаторы делятся на: