română | русский | english

Conţinutul cursului

Întroducere

Problematica materialelor tehnicii electronice. Rolul tehnologiilor avansate în fabricarea materialelor semiconductoare şi componentelor electronice performante în evoluţia progresului tehnico-ştiinţific.

Chimia fizică a stării solide şi fizica corpului solid

Corpuri cristaline şi amorfe. Reţeaua cristalină simetria cristalelor şi anizotropia proprietăţilor lor. Razele atomice şi ionice. Legătura cristalină. Corelaţia dintre legătura cristalină, razele ionice şi structura cristalelor. Exemple importante de structuri cristaline.

Politipia şi polimorfia. Defecte în structura cristalină. Defecte proprii în cristalul elementar. Defecte punctiforme şi de volum. Dislocaţiile şi tipurile lor. Defecte de împachetare. Termodinamica defectelor reţelei cristaline. Relaţiile dintre concentraţia defectelor presiunea fazei gazoase şi concentraţia purtătorilor de sarcină. structura reală a cristalelor. Structura de mozaic. Frontiere de granulaţie şi structura lor.

Defecte condiţionate de impurităţi. Atomi de impurităţi interstiţiali şi substituţionali. Influienţa impurităţilor asupra echilibrului defectelor proprii ale reţelei cristaline. Bazele fizico-chimice ale proceselor de dopare. Influienţa mutuală a impurităţilor asupra solubilităţii lor în faza cristalină.

Mecanismele de difuzie. Legile difuziei şi descrierea matematică a proceselor de difuzie. Relaţia dintre mobilitatea purtătorilor de sarcină şi coeficientul de difuzie. Metode de efectuare a difuziei şi difuzanţi utilizaţi.

Procesele elementare de formare a germenilor şi de creştere a cristalelor. Clasificarea metodelor de creştere a cristalelor. Metode de creştere a cristalelor din faza gazoasă. Metoda tragerii din topitura (Czochralski). Metoda cristalizării zonale. Metodele Stockbarger şi Bridgman. Creşterea cristalelor din soluţii. Bazele teoretice de purificare şi de creştere a monocristalelor.

Echilibrul heterogen. Condiţiile de stabilitate şi echilibru a fazelor. Diagramele de fază şi tipurile lor.

Faze cu compoziţie variabilă. Reprezentarea fenomenului de nestehimetrie cu ajutorul diagramei de stare. Diagrama P-T-X ca sursă de informaţie la creşterea cristalelor cu o deviere preconizată de la stoichiometrie. Metodele moderne de studiu a defectelor condiţionate de devierea de la stehiometrie.

Termodinamica proceselor de neechilibru în chimia şi tehnologia materialelor tehnicii electronice. Calculul bilanţurilor materiale şi energetice. Explicarea proceselor de cristalizare cu ajutorul termodinamicii de neechilibru.

Bazele fizicii semiconductorilor

Teoria benzilor de energie în semiconductorii ideali şi reali. Caracteristicile de bază a structurii de energie ale purtătorilor de sarcină. Electroni şi goluri. Nivele energetice de impurităţi şi defecte în semiconductori. Donori şi acceptori.

Fenomenele de transport în semiconductori. Conductibilitatea electrică şi termică. Împrăştierea purtătorilor de sarcină. Efectul Hall şi magnetorezistenţa. Conductibilitatea electrică prin salturi şi caracteristicile ei.

Fenomenele optice şi fotoelectrice în semiconductori. Absorbţia şi reflecţia luminii. Mecanismele de absorbţie a luminii. Fotoconductibilitatea şi efectul fotoelectric. Radiaţia luminii de către semiconductor. Recombinarea interbandă radiativă, fără radiaţie şi prin impact. Cotodo-foto- şi electroluminiscenţa.

Semiconductorii în cîmp electric puternic. Fenomenele electrice neliniare. Încălzirea purtătorilor în cîmp electric. Influienţa corpului asupra mobilităţii purtătorilor. Efectul Frantz Keldîş. Efectul Gunn.

Bazele tehnologiei materialelor semiconductoare active

Semiconductori elementari. Principiile şi metodele de creştere a monocristalelor de siliciu cu o structură perfectă. Metodele de prelucrare şi purificare a suprafeţei pachetelor de siliciu. Metodele de creştere epitazială a siliciului. Doparea şi autodoparea. Redistribuirea impurităţilor în creşterile epitaxiale. Compuşii semiconductori III-V.

Sinteza şi creşterea monocristalelor compuşilor III-V pe baza diagramelor P-T-X. Metode de creştere şi dopare. Diagrame ternare de stare: soluţii solide ale compuşilor III-V şi compuşii III-V cu impurităţi. Soluţii solide ternare şi quaternare izoperiodice cu compuşii binari. Metode de compensare şi obţinere a cristalelor masive de semiconductori.

Obţinerea straturilor epitaxiale ale compuşilor III-V. Specificul pregătirii substraturilor. Importanţa orientării cristalografice. Metodele de tratare ale substanţei. Metode epitaxiale de depunere. Depunerea epitaxială din compuşi metaloorganici, din fascicule moleculare.

Compuşii semiconductori II-VI şi IV-VI. Materiale oxidice II-VI.

Sinteza şi creşterea monocristalelor compuşilor cu două elemente-componente volatile. Metode de creştere din faza gazoasă şi din topitură.

Epitaxia. Metode de control ale compoziţiei stehiometrice. Tratarea termică. Particularităţile de obţinere ale compuşilor: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbTe. Soluţii solide ternare şi quaternare izoperiodice în baza compuşilor binari II- VI.

Domeniile de utilizare a cristalelor: lasere, modulatoare optice, dispozitive acustoelectronice, fotodetectoare de infraroşu.

Semiconductori vitroşi.

Noţiuni despre mecanismele fizico-chimice de comutaţie a memoriei şi de înregistrare optică a informaţiei în halcogenizi vitroşi.

Particularităţile de formare a stării vitroase în sistemele halcogenice şi oxide. Sinteza semiconductorilor vitroşi şi proprietăţile lor.

Materialele magnetice. Metale şi aliaje dielectrici magnetici, semiconductori magnetici multicomponenţi, compuşi intermetalici amorfi. Metode de obţinere şi caracterizare. Domenii de utilizare a materialelor magnetice în tehnica electronică.

Straturi subţiri magnetice. Metode de depunere şi control. Epitaxia. Proprietăţile fizico-chimice. Principiul de funcţionare a dispozitivelor cu memorie pe bază de strat subţire magnetic.

Tehnologia de obţinere a structurilor semiconductoare

Structuri pentru tranzistori, diode Gunn şi Schottku de fregvenţă înaltă. Obţinerea straturilor subţiri cu anumit grad de neomogenitate în distribuţia impurităţilor. Structuri cu straturi îngropate: Obţinerea structurilor cu straturi dielectrice şi policristaline.

Straturi dielectrice în tehnologia planară a siliciului. Procese de oxidare şi difuzie în tehnologia planară. Termodinamica şi cinetica oxidării. Pasivarea suprafeţei pentru structuri MOS.
Procese noi în tehnologia planară a siliciului legate de inplantarea ionică, epitaxia moleculară cu fascicoli, utilizarea metodelor de prelucrare cu plazmă, etc.

Structuri semiconductoare pe baza arsenurii de galiu. Metodele de obţinere şi proprietăţile electrofizice.

Heterostructuri epitaxiale pe baza arsenurii de galiu şi soluţiilor solide. Particularităţile de obţinere a structurilor multistrat.

Utilizarea heterostructurilor izoperiodice şi a structurilor multistrat, pe baza compuşilor III-V pentru tehnica de frecvenţe hiperînalte în dispozitive optoelectronice, microelectronica şi electronică cuantică.

Tehnologia structurilor varizonare pentru bateriile solare.

Tehnologia materialelor pasive

Materiale ale tehnologiei planare de straturi subţiri. Tehnologia straturilor subţiri din materialele conductoare rezistive şi dielectrice. Metode de depunere în vid. Obţinerea aliajelor rezistive şi proprietăţile lor.

Materiale ale tehnologiei planare de straturi groase. Procesele tehnologiei straturilor groase. Prepararea pulberei şi pastelor pentru conectori şi rezistori pe baza paladiului, argintului, aurului, ruteniului, iridiului, cadmiului. Obţinerea rezistorului pe baza oxizilor metalelor rare, boridelor, carbidelor şi nitridelor.

Materiale speciale pentru litografie

Fotorezişti. Fotosensibilitatea, puterea de rezoluţie şi stabilitatea la acţiunea agenţilor chimici. Caracteristicile fototehnice de bază ale fotoreziştilor. Reacţiile fotochimice în procesul de fotolitografie.

Fotoplachete cu putere mare de rezoluţie şi plachete fotorezist pentru obţinerea fotomăştilor (fotoşablon).

Materiale utilizate la obţinerea rezistului şi efectuarea proceselor de litografie. Utilaj modern pentru litografie (litografie cu fascicol electronic şi raze X).

Bazele fizicii dispozitivelor microelectronice

Diode semiconductoare pa baza locţiunii p-n şi barierei Schotty. Caracteristica tensiune-intensitate a diodei reale la polarizarea directă şi inversă.

Procesele fizice în diodele cu avalansă şi diodele Gunn. Procesele fizice în tranzistorii MOS şi FET cu barieră Schottky şi p-n- joncţiune. Heterojoncţiuni. Diagramele de bandă şi tipurile de heterojoncţiuni.

Diode Ovşinskii. Mecanismele de comutaţie.

Procese fizice în elementele solare. Materialele de bază utilizate la fabricarea celulelor solare.

Lasere cu injecţie. Principiile de funcţionare şi materialele utilizate.

Leduri (diode de electroluminescenţă), indicatoare pe cristale lichide. Caracteristicile comparative ale indicatoarelor active şi pasive.

Cristalele lichide. Efectele electronoptice în cristalele lichide.

Materialele iniţiale utilizate la obţinerea monocristalelor şi straturilor subţiri

Bazele purificării fizico-chimice profunde. Noţiune de coeficient de separare şi segregare. Metodele de purificare - zonară sublimaţia, rectificarea, cromatografică, extracţia, electroliza.

Metodele de obţinere ale hidridelor (SiH4, AsH3, PH3, Nh3, Hcl) metalelor (Ga, In, Zn, Te, As, ) cloridelor (SiCl4, AsCl3, Pcl3, SbCl3), compuşilor metalorganici (calchide), (carbonile, alcoloţi, complexe P).

Utilizarea compuşilor metalorganici în obţinerea straturilor metalice, dielectrice şi structurilor semiconductoare.

Solvenţi organici şi utilizarea lor în tehnologiile de spălare şi litografie.

Controlul calităţii materialelor

Metode de măsurători ai parametrilor electrici (mobilitatea, rezistivitatea, concentraţia purtătorilor, donatorilor şi acceptorilor). Procedee de măsurători a grosimii straturilor epitaxiale. Caracteristica omogenităţii proprietăţilor electrice ale straturilor la suprafaţă şi în adîncime. Metode de determinare a profilului de distribuţie a dopanţilor. Măsurători ai parametrilor electrofizici ai structurilor dielectrici-semiconductor pa baza caracteristicilor tensiune-capacitate.

Metode de studiu a structurii reale a cristalelor, a compoziţiei de faze , măsurători de precizie ai parametrilor reţelei.

Studiul structurii straturilor superficiale. Metoda Berg-Barrett. Metodele microscopiei electronice de transmisie şi de baleaj. Electronografia. Microanaliza cu raze X a distribuţiei impurităţilor.

Metodele optice de studii metalografice. Tipografia suprafeţei. Studiul microdefectelor la suprafaţa straturilor epitaxiale. Interferometria. Depistarea dislocaţiilor prin decapare. Mecanismul de formare a gropilor de decapare pe dislocaţii.

Metode de analiză a compoziţiei chimice.

Metode chimice: estracţia, cromatografia, poligrafia, potenţiometria. Analiza de volum. Gravimetria. Analiza spectrală. Analiza atomică de absorbţie. Analiza mass spectrală a impurităţilor. Metoda de luminiscenţă. Spectroscopia moleculară. Metoda nucleară de analiză. Metoda indicatorilor radioactivi. Spectroscopia Auger. Difracţia electronilor lenţi.

Literatura de specialitate

1. “Современная кристаллография” под ред. Б.К. Вайнштейна, 1979-1982.
2. Ф. Крегер “Химия кристаллов с дефектами”, М, “Мир”, 1972.
3. Д. Третьяков. “Твердофазные реакции”, М, “Химия” 1978.
4. Ю.Д. Чистяков, Ю.П. Районова “ Физико-химические основы технологии микроелектроники”, М, “Металлургия”, 1979.
5. М. Глазов, П.М. Павлова “Химическая термодинамика и фазовые равновесия”, М., “Химия”, 1981.
6. В.П. Зламанов “Р-Т-Х диаграммы”, под. ред. А.В. Новоселовой, МГУ, 1980.
7. А.А. Каминский “Лазерные кристалы”, М., “Наука”, 1975.
8. Г.Р. Медленд и др. “Интегральные схемы”, “Основы проектирования и технологии”, “Советское радио”, 1970.
9. В.И. Фистуль “Введение в физику полупроводников”, М., “Высшая школа”, 1982.
10. “Атомная диффузия в полупроводниках”, под ред. Д. Шоу, М., “Мир”, 1975.
11. В.В.Крапухин, И.А.Соколов, Г.Д.Кузнецов “Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов”, М., “Металургия”, 1982., 3522 с. с ил.
12. Ю.М. Таиров, В.Ф.Цветков “Технология полупроводниковых и диалектрических материалов”, М., “Высшая школа”, 1983., 2731с. с ил.
13. Эшенфельцер “Физика и техника цилиндрических магнитных доменов”, М., “Мир”, 1984.
14. В.В.Ботавин, Ю.А.Комцевой, Ю.В. Федорович “Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур”, Изд-во “Радио и связь”, 1984.
15. I.Dima, I.Munteanu. Materiale şi dispozitive semiconductoare. Ed. Didactică şi pedagogică. Bucureşti 1980.
16. Gh.Zet, D.Ursu. Fizica stării solide. Aplicaţii în ingenerie Ed. Tehnică. Bucureşti 1989.
17. R.M. Bârsan. Fizica şi tehnologia circuitelor MOS integrate pe scară mare. Editura Academiei. Bucureşti 1999.
    
    

Specialitatea