Реферат: Расчет тонкопленочного конденсатора

10⁷

4,6

6,2*10^-3

0,0027 3,25

Алюмоокcидная керамика типа «Поликор»

10¹⁴

10,8

2*10^-4

0,075—0,08

7,5—7,8

Кварцевое стекло

10¹⁶

4

3,8*10^-4

0,0036 0,56—0,6

Ситаллы

10¹³—10¹⁴

6,5

6*10^-3

0,005—0,009

. 5

Лейкосапфир

10¹¹

8,6

2*10^-4

0,0055 5

Стекла представляют собой различные системы окислов. Боросиликатное стекло состоит из SiO₂ (80%), В₂О₃ (12%) и дру­гих окислов (Na₂O, K₂O, Al₂O₃), алюмосиликатное — из SiO₂ (60%), Al₂O₃ (20%) и других окислов (Na₂O, CaO, MgO, B₂O₃). Стекла типов С-48-3 и С-41-1 являются бесщелочными.

Керамика — поликристаллическое вещество с зернами слож­ной структуры, получаемое в результате высокотемпературного отжига (спекания) порошков различных окислов. Алюмооксидная керамика типа «Поликор» состоит из Al₂O₃ (99,8%), B₂O₃ (0,1%), MgO (0,1°/о). Размер зерен — менее 40 мкм. Бериллиевая керамика содержит от 98 до 99,5% окиси бериллия ВеО.

Ситаллы — стеклокерамические материалы, получаемые в результате термообработки (кристаллизации) стекла. Большинст­во ситаллов характеризуется следующим составом окислов:

1) Li₂O—Al₂O₃ —Si0₂ —Ti0₂ ; 2) RО—А1₂O₃ — SiO₂— TiO₂ (RO — один из окислов СаО, MgO или ВаО).

Лейкосапфир — чистый монокристаллический окисел алюми­ния а-модификации.

Сравнительный анализ этих материалов позволяет сделать следующие выводы.

Стекла имеют недостаточную прочность, низкую теплопровод­ность, недостаточную химическую стойкость, для них характерно сильное газовыделение при нагреве. Благодаря содержанию окис­лов щелочных металлов возможно образование ионов этих ме­таллов, обладающих повышенной миграцией при приложении электрического поля и обусловливающих нестабильность свойств стеклянных подложек и элементов микросхем. Повышение хими­ческой стойкости и стабильности тонкопленочных ИС обеспечи­вается подложками из бесщелочных стекол С-41-1 и С-48-3.

Керамика, особенно бериллиевая, имеет значительно большую теплопроводность по сравнению со стеклами. Кроме того, она обладает большей механической прочностью и лучшей химиче­ской стойкостью. Однако большие размеры зерен керамических материалов не позволяют получить удовлетворительный микро­рельеф поверхности для тонкопленочных ИС. Мелкозернистая керамика с размером зерен в десятые доли микрона широко используется для подложек толстопленочных ИС. При этом наи­более удовлетворительным микрорельефом обладает керамика с 96%-ным содержанием Al₂O₃. Керамика с более высоким содер­жанием А120з, например типа «Поликор», имеет слишком глад­кие поверхности, не обеспечивающие хорошей адгезии к ним тол­стых пленок. Полировка мелкозернистой керамики снижает ми­кронеровности, однако вызывает существенные и трудно устрани­мые загрязнения ее поверхности. Поэтому такая операция не поз­воляет получить подложки, пригодные для тонкопленочных ИС.

Ситаллы в 2—3 раза превосходят стекла по механической прочности. Они хорошо прессуются, вытягиваются, прокатывают­ся. Диэлектрические свойства ситаллов лучше, чем стекол, и они практически не уступают керамике.

Лейкосапфир характеризуется хорошими диэлектрическими свойствами. Однако технология его получения (обычно вытяги­вание монокристаллов по методу Чохральского) не позволяет получить пластины больших размеров низкой стоимости.

По совокупности диэлектрических и механических свойств, микрорельефу поверхности, стойкости к химическому воздействию наиболее приемлемыми материалами подложек для тонкопленоч­ных микросхем 'являются ситаллы, для толстопленочных — 96%-ная алюмооксидная керамика.

МАТЕРИАЛЫ ПЛЕНОК