Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Геттеры в кремнии
Get PDFThe processes of gettering of fast-diffusing metal impurities and structure defects in silicon, mainly used in the production of integrated circuits, power high-voltage devices, nuclear-doped silicon, are considered. The getters based on structural defects and gas-phase getters based on chlorine-containing compounds are analyzed. It is noted that for the formation of getters on the basis of structural defects, it is necessary to create internal sources for generation of dislocations and formation of precipitate — dislocation clusters. It is shown that dislocations are generated in the mouths of microfractures, which then form a sedentary dislocation grid on the non-working side of the plates. In the second case, defects are created in the area of the plate adjacent to the active layer of the electronic component. The process of creating an internal getter is based on the decomposition of a supersaturated solid oxygen solution in silicon, due to which a complex defect medium consisting of various precipitate-dislocation clusters is formed in the crystal. The packing defect as oxide precipitate with a cloud of Frank’s loops is formed. Two variants of creating an internal getter are considered — first is associated with the distillation of an oxygen impurity from the near-surface region of the plate, the second is associated with a fine adjustment of the distribution of vacancies along the plate thickness. The analysis of the influence of the getter as the defect structure reducing the magnitude of mechanical stress of the beginning of the generation of dislocations, which ultimately can determine the mechanical strength of the silicon wafer.This paper also considers the mechanism of gas-phase medium impurities and defects gettering with the addition of chlorine-containing compounds. It is shown that at elevated temperatures, due to the interaction of silicon atoms with chlorine in the near-surface region of the plate, it is possible to create vacancies that penetrate the sample volume with some probability. As a result, the case DСv > 0, DCi £ 0 is realized, that leads to a change in the composition of microdefects and their density. The examples of practical application of heat treatment in chlorine-containing atmosphere silicon wafer during application of the oxide film, in the case of the target the need for dissolution of the microdefects and of the withdrawal of fast diffusing impurities from the crystal volume, and to prevent the formation of generation-recombination centers in the manufacturing process of devices and in a nuclear doping silicon.Рассмотрены процессы геттерирования быстро диффундирующих металлических примесей и дефектов структуры в кремнии, преимущественно используемые в производстве интегральных схем, силовых высоковольтных приборов, ядерно-легированного кремния. Проанализированы геттеры на основе структурных дефектов и газофазные геттеры на основе хлорсодержащих соединений. Отмечено, что для формирования геттеров на основе дефектов структуры требуется создать внутренние источники генерации дислокаций и образования преципитат-дислокационных скоплений. Показано, что дислокации генерируются в устьях микротрещин, которые затем образуют малоподвижную дислокационную сетку на нерабочей стороне пластин. Во втором случае дефекты создаются в области пластины, примыкающей к активному слою электронного компонента. В основе процесса создания внутреннего геттера лежит распад пересыщенного твердого раствора кислорода в кремнии, за счет которого в кристалле формируется сложная дефектная среда состоящая из различного рода преципитат-дислокационных скоплений. Образуются также дефекты упаковки — оксидный преципитат с облаком дислокационных петель Франка. Рассмотрены два варианта создания внутреннего геттера: первый связан с отгонкой примеси кислорода из приповерхностной области пластины, второй — с тонкой регулировкой распределения вакансий по толщине пластины. Проведен анализ влияния геттера как дефектной структуры на снижение механических напряжений начала генерации дислокаций, что в итоге может определять механическую прочность пластин кремния.Рассмотрен также механизм геттерирования примесей и дефектов газофазной средой с добавками хлор-содержащих соединений. Показано, что при повышенных температурах за счет взаимодействия атомов кремния с хлором в приповерхностной области пластины возможно образование вакансий, которые с некоторой вероятностью проникают в объем образца. В результате реализуется случай ΔСv > 0 и ΔCi ≤ 0, что приводит к изменению состава микродефектов и их плотности. Даны примеры практического применения термообработки в хлорсодержащей атмосфере пластин кремния при нанесении оксидной пленки, в случае целевой необходимости растворения микродефектов и вывода быстро диффундирующих примесей из объема кристалла, а также для предотвращения образования генерационно-рекомбинационных центров в процессе изготовления приборов и при ядерном легировании кремния
Влияние осаждения частиц кобальта на квантовые поправки к проводимости Друде в твистированном CVD графене
Get PDFThe use of graphene in electronics requires both an experimental study of the formation of high-quality low-resistance contacts and a deeper understanding of the mechanisms of electron carrier transport in graphene sheets and in the vicinity of metal / graphene interface. In this work, we studied the charge carrier transport in twisted CVD graphene, which was decorated with electrochemically deposited Co particles forming an ohmic contact with the graphene sheet. The temperature and magnetic field dependences of the sheet resistance R(T,B) in the pristine and decorated twisted graphene on silicon oxide substrate are compared. The coexistence of the negative (at magnetic fields with induction B below 1 T) and positive (B higher than 1 T) contributions to the magnetoresistive effect in both types of samples is shown. The R(T,B) dependences are analyzed in fraimwork of the theory of two-dimensional interference quantum corrections to Drude conductivity, taking into account the competition of the contribution from the hopping conduction mechanism. It has been shown that in the studied temperatures range (2-300 K) and magnetic fields (up to 8 T), when describing the transport of charge carriers in the studied samples, it is necessary to take into account at least three interference contributions to the conductivity: from weak localization, intervalley scattering, and breaking of pseudospin chirality, as well as warping of graphene due to thermal fluctuations.Использование графена в электронике требует как экспериментального исследования процесса формирования высококачественных низкоомных контактов, так и углубления понимания механизмов электронного переноса в окрестности контакта металл/графен. В работе исследован транспорт носителей заряда в твистированном CVD графене, который декорирован электрохимически осажденными частицами Co, образующими омический контакт с графеновым слоем. Сопоставляются температурные и магнетополевые зависимости слоевого сопротивления R(T,B) исходного и декорированного твистированного графена на подложке из оксида кремния. Показано сосуществование отрицательного (при индукции магнитного поля ниже 1 Тл) и положительного (индукция выше 1 Тл) вкладов в магниторезистивный эффект в обоих типах образцов. Зависимости R(T,B) анализируются на основе теории двумерных интерференционных квантовых поправок к проводимости Друде с учетом конкуренции вклада от прыжкового механизма проводимости. Показано, что в изученной области температур (2–300 К) и магнитных полей (до 8 Тл) при описании транспорта носителей заряда в исследованном графене необходимо учитывать не менее трех интерференционных вкладов в проводимость: от слабой локализации, междолинного рассеяния и нарушения хиральности псевдоспина, а также короблением графена вследствие тепловых флуктуаций
Особенности проявления поверхностных электрохимических процессов в сегнетоэлектрических кристаллах с низкотемпературными фазовыми переходами
Get PDFAbstract. The process of short circuit current behaviour in crystals with low−temperature phase transitions Rochelle salt NaKC4H4O6 • 4H2O and triglycine sulfate (CH2 • NH2 • COOH)3 • H2SO4 was studied. The investigations were carried out on samples of polar cuts without preliminary polarization with symmetrical indium conductive coatings. Short−circuit currents which persist for a rather long time were observed on all samples already at room temperature. The phenomenon of current decay with time was observed. The temperature dependences of short−circuit currents were obtained in the temperature range 17—45 °С for Rochelle salt, in the temperature range 17—110 °С for triglycine sulfate. Short−circuit currents are observed in these crystals both in the ferroelectric phase and in the paraphase. It is shown that in a ferroelectric phase, the total short−circuit current is determined by the competing processes — pyro−currents and currents of electrochemical decomposition. In the paraphase, the short−circuit currents are the currents of electrochemical self−decomposition. Based on the experimental results obtained in this work, it was shown that the flow of short−circuit currents through the samples of polar sections of crystals of Rochelle salt and triglycine sulfate is due to the presence of its own EMF resulting from electrochemical self−decomposition of the opposite surfaces of the polar sections of the samples in contact with conductive coatings due to anisotropy of these surfaces. A model of electrochemical self−decomposition in such crystals is proposed.Аннотация. Исследован процесс протекания токов короткого замыкания в кристаллах с низкотемпературными фазовыми переходами: сегнетовой соли NaKC4H4O6 • 4H2O и триглицинсульфата (CH2 • NH2 • COOH)3 • H2SO4. Испытания проведены на образцах полярных срезов без предварительной поляризации с симметричными индиевыми токопроводящими покрытиями. На всех образцах при комнатной температуре выявлено наличие токов короткого замыкания, которые сохраняются достаточно долго, и явление спадания тока со временем. Получены температурные зависимости токов короткого замыкания в диапазоне температур 16—45 °С для сегнетовой соли и 16—110 °С для триглицинсульфата. Токи короткого замыкания наблюдаются в исследованных кристаллах как в сегнетофазе, так и в парафазе. Показано, что при нагреве в сегнетофазе суммарный ток короткого замыкания определяется конкурирующими процессами: пиротоками и токами электрохимического разложения. В парафазе токи короткого замыкания являются токами электрохимического саморазложения. Показано, что протекание токов короткого замыкания через образцы полярных срезов кристаллов сегнетовой соли и триглицинсульфата обусловлено наличием собственной ЭДС, возникшей в результате электрохимического саморазложения противоположных поверхностей полярных срезов образцов при контакте с токопроводящими покрытиями вследствие анизотропии этих сторон. Предложена модель электрохимического саморазложения в таких кристаллах
Использование атомно-силового микроскопа для создания одномерной структуры на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs
No full textIn the study of electron transport in low-dimensional structures, semiconductor heterostructures with a two-dimensional electron gas are often used. The conductive channel of these structures is separated from the gates by insulating regions, which can be formed in a varitey of ways. The peculiarities of such structures are the high quality of the initial plates and the need to change the topology in the research process. This makes the use of photolithography ineffective.This paper discusses the technology of forming insulating grooves using an atomic force microscope — a method of pulsed force nanolithography, which allows both working with individual samples and forming narrow and deep grooves on the semiconductor that provide good insulating characteristics. The measured transport characteristics of the nanostructures created by this method confirm the presence of quantization of the channel conductivity and the absence of a noticeable number of introduced defects.При исследовании транспорта электронов в низкоразмерных структурах часто применяются полупроводниковые гетероструктуры с двумерным электронным газом, в которых тем или иным способом сформированы изолирующие области, отделяющие проводящий канал от затворов. Особенностями таких структур является высокое качество исходных пластин и необходимость изменения топологии в процессе исследования, что делает применение фотолитографии неэффективным.В настоящей работе рассматривается технология формирования изолирующих канавок при помощи атомно-силового микроскопа – метод импульсной силовой нанолитографии, позволяющий как работать с отдельными образцами, так и формировать на поверхности полупроводника узкие и глубокие канавки, обеспечивающие хорошие изоляционные характеристики. Измеренные транспортные характеристики созданных таким методом наноструктур подтверждают наличие квантования проводимости канала и отсутствие заметного количества вносимых дефектов
Алгоритм работы электронного тракта детектора телевизионного типа и теоретические модели для описания модифицированной кривой Брэгга
Get PDFThe features of the development of the electronic path of the TV channel of the television type detector (TTD) are considered. It is noted that the mode of binning (addition of pixels) is the most difficult in technical implementation. Calculations are made to improve the mathematical model for the computer detector television type. The parameters of the analytical formula valid for proton energies from 30 to 250 MeV, based on the combination of functions of the parabolic cylinder, consistent with numerical methods and new experimental data, are determined. A list of theoretical papers describing the modified Bragg curve is given.Offers the possibility of a new approach to the description of dose field Bragg peak consisting in the application of the so-called «full experience» when the experimentally measured characteristics of the dose distribution of a system of equations in which the measured values are presented as a function of the so-called «amplitude dose field». The «amplitude dose field» are determined from the solution of this system of equations. The «amplitude dose field» depend on the z coordinates in the water phantom where, the z-axis of the beam direction and after determining the amplitudes from the system of equations described-certain amplitudes are used to quickly predict the measured characteristics of the dose distribution. The combination of the adaptive electronic pathway working independently without the participation of the operator during the experiment on the calibration of the accelerator and in determining the experimentally measured characteristics of the dose distribution, allows on-line to prepare the therapeutic accelerator «Prometheus» for a session with the patient.Рассматриваются особенности разработки электронного тракта телевизионного канала в детекторе телевизионного типа. Отмечено, что режим бининга (сложения пикселей) является наиболее сложным в технической реализации. Проведены расчеты по совершенствованию математической модели для вычислителя детектора телевизионного типа. Определены параметры аналитической формулы, справедливой для энергий протонов от 30 до 250 МэВ, в основе которой применена комбинация функций параболического цилиндра, согласуемая с численными методами и новыми экспериментальными данными. Приводиться список теоретических работ описывающих модифицированную кривую Брэгга.Предлагается возможность нового подхода в описании дозного поля пика Брэгга заключающийся в применении так называемого «полного опыта», когда для экспериментально измеряемых характеристик дозного распределения составляется система уравнений, в которых измеряемые величины представляются как функции так называемых «амплитуд дозного поля», определяемых из решения системы уравнений. «Амплитуды дозного поля» зависят от координаты z в водном фантоме, где z — ось направления пучка. После определения амплитуд из системы описанных уравнений, расчетные значения применяются для быстрого предсказания измеряемых характеристик дозного распределения. Сочетание режимов работы адаптивного электронного тракта, самостоятельно, без участия оператора, проводящего эксперимент по калибровке ускорителя и определяющего экспериментально-измеряемые характеристики дозного распределения, позволяет в режиме on-line подготовить терапевтический ускоритель «Прометеус» к проведению сеанса с пациентом
Моделирование процессов массообмена при выращивании кристаллов KDP из раствора
Get PDFFinding the conditions of high-speed single crystal growth with an appropriate quality is a priority for the industrial production of crystalline materials. Crystals of potassium dihydrogen phosphate (KDP) are important optical materials, they are grown from an aqueous solution and an increase in the rate of growth and quality of a single crystal is of great practical importance.In this paper, mathematical simulation of hydrodynamic and mass transfer processes in growing KDP crystals is performed. The flow and mass transfer are modeled within the framework of continuous medium, which is considered as an aqueous solution of a special salt — potassium dihydrogen phosphate. This salt dissolves in water to a saturation level at a high temperature. Then, such supersaturated solution is used to grow crystals at lower temperatures in non-flowing and flowing crystallizers. The mathematical model is considered in a conjugate formulation with allowance for mass transfer in the«solution—crystal» system. Local features of hydrodynamics and mass transfer in a solution near the surface of a growing crystal are determined, which can affect on the local (for a particular place and direction) crystal growth rate and the formation of defects. The requirements to the crystallizers that provide the «necessary» hydrodynamics in the solution are discussed. Its validation is shown for the flow around a long horizontal plate simulating the growing facet of the crystal. The rate of precipitation of salt was evaluated by the proposed mathematical model, which matches the calculation of solution flow according to the Navier-Stokes equations for an incompressible fluid with a thermodynamic condition for the normal growth of a face under conditions of two-dimensional nucleation. The action of the flowing crystallizers was analyzed for various solution inflows (axial and ring) and its outflow through the axial bottom hole.Определение условий высокоскоростного выращивания монокристаллов надлежащего качества является приоритетным направлением для промышленного производства кристаллических материалов. Кристаллы дигидрофосфата калия (KDP) — это важные оптические материалы, которые выращивают из водного раствора. Поэтому увеличение скорости выращивания и качества монокристалла имеет важное прикладное значение.Выполнено математическое моделирование гидродинамических и массообменных процессов при выращивании KDP кристаллов. Течение и массоперенос исследованы в рамках моделирования сплошной среды, которая рассмотрена как водный раствор специальной соли — дигидрофосфата калия. Эта соль растворяется в воде до уровня насыщения при высокой температуре. Затем такой пересыщенный раствор используют для выращивания кристаллов при более низких температурах в кристаллизаторах непроточного и проточного типов. Математическая модель рассматрена в сопряженной постановке с учетом массообмена в системе «раствор—кристалл». Определены локальные особенности гидродинамики и массообмена в растворе вблизи поверхности растущего кристалла, которые могут влиять на локальную (для конкретного места и направления) скорость роста кристалла и образование дефектов. Обсуждены требования к кристаллизаторам, обеспечивающим «нужную» гидродинамику в растворе. Для апробации математической модели рассмотрена задача о кристаллизации длинной обтекаемой горизонтальной пластины, имитирующей растущую грань кристалла. Скорость осаждения соли оценивали по предложенной математической модели, которая сопрягает расчет течения раствора по уравнениям Навье—Стокса для несжимаемой жидкости с термодинамическим условием для нормального роста грани в условиях двумерного зарождения. Рассмотрены особенности течений раствора в различных конструкциях кристаллизаторов. Действие проточных кристаллизаторов проанализировано для различных вариантов втекания раствора (осевое и кольцевое) и вытекания через осевое донное отверстие
К сведению авторов
No full textНаучно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники» публикует на русском языке оригинальные и обзорные (заказные) статьи. Адресован российским и зарубежным специалистам в области материаловедения и технологии полупроводниковых, диэлектрических и других материалов электронной техники
О связи протонного облучения и термической обработки монокристаллического кремния с его структурой
Get PDFThe method of two-crystal X-ray diffractometry is used to control the quality and perfection of monocrystalline silicon obtained by implantation of hydrogen ions and subsequent thermal annealing, which is used in a number of semiconductor technologies. The principal feature of this approach is the ability to quickly obtain reliable experimental results, which was confirmed in this paper by the use of X-ray topography. The presented data provide information on the state of the disturbed layer of silicon crystals of n-type conductivity (ρ = 100 Om ⋅ cm) by orientation (111), 2 mm thick, implanted by protons with energy E = 200, 300, 100 + 200 + 300 keV, dose D = 2 ⋅ 1016cm-2 and subjected to subsequent thermal treatment in the temperature range T from 100 to 900 °С. We have established a non-monotonic dependence of the integral characteristics of the disturbed layer, namely the average effective thickness Leff and the average relative deformation ∆а/а, on annealing temperature, with the maximum level of distortion in the field of temperature ∼300 °С, using the method of integral characteristics. Obtained data allowed to assess the general condition of disturbed layer during thermal treatment.Метод двухкристальной рентгеновской дифрактометрии применен для контроля качества и совершенства монокристаллического кремния, получаемого с помощью имплантации ионов водорода и последующего термического отжига, который используется в ряде полупроводниковых технологий. Принципиальная особенность данного подхода состоит в возможности быстрого получения надежных экспериментальных результатов, что было подтверждено путем использования рентгеновской топографии. Представлены данные о состоянии нарушенного слоя кристаллов кремния n-типа проводимости (ρ = 100 Ом ⋅ см) ориентацией (111) толщиной 2 мм, имплантированных протонами с энергией Е = 200, 300 и 100 + 200 + 300 кэВ и дозой имплантации D = 2 ⋅ 1016 см-2 и подвергнутых последующей термической обработке в интервале температур Т от 100 до 900 °С. С использованием метода интегральных характеристик установлена немонотонная зависимость интегральных характеристик нарушенного слоя, а именно: средней эффективной толщины Lэфф и средней относительной деформации ∆а/а от температуры отжига, с максимальным уровнем искажений в области температуры ∼300 °С. Показано, что полученные данные позволили оценить общее состояние нарушенного слоя при термообработке
Нелокальная дисперсия и ультразвуковое туннелирование в материалах с градиентной структурой
Get PDFThe non-local dispersion of longitudinal ultrasonic waves is shown to appear in the heterogeneous solids due to continuous spatial distributions of their density and/or elasticity (gradient solids). This dispersion gives rise to the diversity of ultrasonic transmittance spectra, including the broadband total reflectance plateau, total transmission and tunneling spectral ranges. The ultrasonic wave fields in gradient solids, formed by interference of forward and backward travelling waves as well as by evanescent and antievanescent modes are examined in the framework of exactly solvable models of media with continuously distributed density and elasticity. Examples of transmittance spectra for both metal and semiconductor gradient structures are presented, and the generality of concept of artificial non-local dispersion for gradient composite materials is considered. It should also be noted that the wave equation for acoustic waves in gradient media with a constant elasticity modulus and a certain predetermined density distribution reduces to an equation describing the electromagnetic wave propagation in transparent dielectric media. This formal similarity shows that the concept of nonlocal dispersion is common for both optical and acoustic phenomena, which opens the way to the direct use of physical concepts and exact mathematical solutions, developed for gradient optics, to solve the corresponding acoustic problems.Показано, что в материалах с пространственным распределением (градиентом) плотности и/или упругости имеет место нелокальная дисперсия продольных ультразвуковых волн. Эта дисперсия приводит к возникновению ультразвуковых спектров, таких как широкодиапазонное плато полного отражения, туннельные спектральные области и области полного пропускания. В рамках точно решаемых моделей сред с непрерывно распределенными плотностью и упругостью исследованы ультразвуковые волны в градиентных материалах, сформированные интерференцией прямых и обратных волн, а также затухающими и незатухающими модами. Приведены примеры спектров пропускания как для металлических, так и для полупроводниковых градиентных структур, а также рассмотрена общая концепция искусственной нелокальной дисперсии для градиентных композитных материалов. Необходимо заметить, что волновое уравнение для акустических волн в градиентных средах с постоянным модулем упругости и определенным заданным распределением плотности сводится к уравнению, описывающему распространение электромагнитных волн в прозрачных диэлектрических средах. Это формальное сходство свидетельствует о том, что концепция нелокальной дисперсии является общей как для оптических, так и для акустических явлений, что позволяет напрямую использовать разработанные для градиентной оптики физические принципы и точные математические решения при реализации соответствующих акустических задач