Курсовая работа: Дослідження процесу напилення металевого контакту методом магнетроного розпилення
Метою розрахунку є визначення товщини кремнієвої пластини та деяких до-даткових фізичних параметрів. Хід розрахунку наступний:
Розрахунок орієнтованої площини збідненої n-бази Wзn , мкм
Wзn = 0,52 * √ρn*UBR, (4)
Wзn = 0,52 * √80 * 2400 = 227,8
Для лавинних силових діодів основною являється вимога більшого однорідного лавинного пробою по всій площині структури. Для задовольняння цієї вимоги необхідно, щоб товщина n-бази перевищувала товщину області об’ємного заряда p-n переходу в цій базі не менш ніж на 50-100 мкм.
Wn ≈ Wзn + 60 (5)
Wn ≈ 227,8 + 60 = 287,6
Розрахунок загальної товщини кремнієвої пластини Wsi , мкм
Wsi= Xjp + Xjn + Wn , (6)
Wsi = 100 + 33 + 287,8 = 420,8
Важливим фізичним параметром є час життя дірок в n-бази. Для забезпечен-ня максимального значення прямого струму при прямій мінімальній напрузі, час життя дірок повинен бути великим. Час життя дірок τр, мкс
τр ≥ (Wsi– 50 / 80)2 , (7)
τр ≥ (420,8 – 50 / 80)2 = 21,5
2.1.4 Розрахунок діаметра випрямляючого елемента та вибір корпусу діода
Правильність даного розрахунку забезпечує роботу діода при завданих значеннях прямого струму без перегріву. В процесі роботи діода, випрямляючий елемент нагрівається і за рахунок цього виділяється теплова енергія. Виділена енергія повинна бути передана на корпус та розсіяна в оточуюче середовище, то єсть для нормальної роботи діода повинно бути витримано визначене співвідношення між цими двома потужностями. Потужність втрат залежить від щільності струму, який проходить скрізь діод в прямому напрямі. Для визначення цієї потужності виконуються наступні розрахунки:
Розрахунок середньої потужності прямих втрат виконується в наступній послідовності:
1. Розраховуємо радіальний розмір фаски діода lф, мм
lф = 0,5 + Wsictgφ , (8)
lф = 0,5 + 0,42 * 1,54 = 1,15
2. Розраховуємо активну площу структури Saкт, см2
Saкт = π/4 (dв.е – 2lф)2 , (9)
Saкт = π/4 (32 – 2 * 1,15)2 = 6,92
3. Задаємо декілька значень діаметра випрямляючого елементу із стандартного ряду, розраховуємо таку ж кількість значень Saкт , після чого знаходи-мо для кожного значення Saкт щільність струму по JF , A/cм2
JF= 2,5IFAV / Sакт , (10)
JF= 2,5 * 2000 / 6,92 = 722,5
4. Далі по графіку залежності (рисунок 4) для струму JFвизначаємо UF(2,5 IFAV) та визначаємо РFAV. Після цього будуємо графік залежності середньої потуж-ності від діаметру випрямляючого елементу.
Розрахунок середньої потужності прямих втрат РFAV, Вт
РFAV= IFAV*UF, (11)
де UF– пряма напруга діоду в відкритому стані
РFAV= 2000 * 2,2 = 4400
Поряд із графіком залежності РFAV = f(dв.e) також будується графік залежності потужності (рисунок 5), що розсіюється від випрямляючого елементу Рроз = f (dв.е). Для побудування цього графіка повинно бути попередньо вирішене питання о конструкції корпусу випрямляючого елементу. Це пов’язано з тим, що для подальших розрахунків потрібно знати величину теплового опору. Ця величина показує, на скільки градусів змінюється температура, при зміні потужності на 1 Вт.
Розрахунок потужності Рроз , Вт розсіювання проводиться за формулою:
Рроз = (Tjm – Tc) / Rt, (12)
де Rt– тепловий опір, С0 / Вт;
Рроз = (175-125) / 0,055 = 909
По побудованим графікам залежності обирається мінімальне значення діа-метру випрямляючого елементу, виходячи з умов Рроз = РFAV, або Рроз> РFAV .
2.2 Технологічна схема виготовлення приладу ДЛ553-2000
Технологічний процес виготовлення структури приладу ДЛ553 базується на використанні таких операцій як дифузія, сплавлення з молібденом, травлення фас-ки, напилення. Для створення двохшарової структури типу p-nвикористовується дифузія акцепторної домішки. Сплавлення структури з термокомпенсатором відбу-вається шляхом термічного впливу в водневій пічці. Створення омічного контакту відбувається шляхом магнетронного напилення алюмінію з наступним впалюванням.
Технологічна схема виготовлення структури приладу ДЛ553 показана в таблиці 5.
Таблиця 5 – Технологічна схема виготовлення структури приладу ДЛ553
Структура | Операції | Матеріали | ||
| Підготовка поверхні. Дифузія Al Т = 12500 С; t = 22 | C2 H5OH – 100 мл Н2 О – 4 мл Al (NO3)3 – 18 гр | ||
Сплавлення з молібденом | Молібден ВЧ |
Продовження таблиці 5
Структура | Операції | Матеріали |
Зняття першої фаски | Фтористоводнева кислота, азотна кислота з додаван- ням води | |
Напилення алюмінію (15 – 22 мкм) на анод- ну сторону структури | Алюміній марки А999 | |
Зняття другої фаски | Азотна кислота, оцтова кислота, фтористоводнева кислота | |
Захист p – n переходу | Компаунд КЛТ – 3 | |
Збірка в корпус, вакуумізація, гарме-тизація, маркіровка, випробування | Прижимні контак-ти: мідь 0,2 , срібло, родій |
2.3 Визначення послідовності операцій технологічного процесу напилення
Першою операцією процесу напилення є підготовка елементу напівпровідни-кового шляхом травлення в фтористоводневій кислоті – проводиться в поліетілено-вії ємності. Протравити касету з елементами напівпровідниковими протягом 60 сек.
при кімнатній температурі. Після чого достати касету з елементами із ємності з фтористоводневою кислотою. Промити цю касету під діонізованою водою до нейт-ральної реакції РН=7. Потім просушити.
Другою операцією є безпосередньо напилення з метою створення омічного контакту при значенні вакууму 2 – 3 * 10-3 мм рт ст. Товщина напиленого шару по-винна бути 15 – 22 мкм.
Контроль поверхні напиленого шару – візуальний. Плівка повинна бути су-цільною та однакової товщини по всій поверхні.
Наступною операцією є впалювання алюмінію в напівпровідниковий елемент з метою підвищення якості плівки та міцності пластини. Операція здійснюється при режимах вакууму 3,5 * 10-3 мм рт ст., температура вплавлення 2500 С.