1 / 33

ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1.

ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1. 1. Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok : rendszerezés összetétel, szerkezet, tulajdonságok és alkalmazások alapján.

domani
Download Presentation

ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 1. 1.Elektronikai technológia: félvezetők és félvezető eszközök technológiája, gyártása. 2. Fémek, félvezetők, dielektrikumok : rendszerezés összetétel, szerkezet, tulajdonságok és alkalmazások alapján. 3. Anyagok elektronszerkezete, adalékolása, elektromos vezetése, optikai, mágneses paraméterei.

  2. Mil.USD 105 104 103 102 Gross world product elektronika autóipar félvezetők acélipar Villamosmérnök, alkalmazott fizika, anyagmérnök, informatikus… miért kell tanulni, tudni a félvezetők fizikáját, eszközöket, technológiát? Mert a félvezetők, a félvezető eszközök képezik a jelen technológiai korszak, az elektronikai ipar alapját (~10% a világ ipari termelésének !) 1980 1990 2000 2010

  3. Gyártási (manufacturing) rendszer: alapanyagok végtermék Gyártási rendszer Félvezetőkalkalmazásával történő gyártás esetébena bemenő anyagok: félvezetők, adalékanyagok, fémek, dielektrikumok. A kimenő : eszközök, IC, nyomtatott áramkörök, és a végtermék: PC, TV, mobil… Félvezetőkgyártásában, technológiájában találkozunk kristálynövesztéssel, rétegleválasztással, oxidációval, litográfiával, diffúzióval, maratással, implantációval, … Mindez beletartozik egy nagyobb rendszerbe: tervezés, gyártás, integrálás, szerelés, minőségbiztosítás,…ár,szállítás, szerviz.

  4. Történelem: • Me-Semiconductor Braun • 1907 LED Round • Bipolar tranzistor Bardeen, Brattain, Shockley • p-n Shockley • 1954 Solar cell Chapin, Fuller, Pearson • Tunnel diode Esaki • MOSFET Kahng, Atalla • Heterostructure laser Kroemer, Alferov, Kazarinov • 1963 Gunn-diode(TED) Gunn • MESFET Mead • 1967 Nonvolatile memory Kahng, Sze • 1970 CCD Boyle, Smith • Mérési technika: TEM→SEM, EDX, XPS→SPM(AFM,MFM,)→SNOM • Méretek: mm → μm → nm

  5. Gyártástudomány Félvezetők technológiája Termelési folyamatok története:1800-1850 Cserélhető alkatrészek koncepciója1875 F.Taylor bevezeti a tudományos management elveit 1900-1930 Ford bevezeti a szerelőszalagot1950 ComputerNumericControl (CNC)1970 Statisztikus kísérleti tervezésFélvezetők technológiájának néhány fordulópontja:1798 Litográfia feltalálása1855 Fick diffúziós egyenletek1918 Czochralski feltalálja a kristálynövesztési módszert1925 Bridgman feltalálja a kristálynövesztési módszert1952 Pfann diffúzióval megváltoztatja a Si vezetését1957 Fotoreziszt, oxid maszkolás, epitaxia alkalmazása1958 Ionimplantáció (Shockley)1969 MOCVD1971 Száraz maratás, MBE(Cho) Intel processor1989 CMP(chemical-mechanical polishing)…… CAD(computer-aided design), IC-CÍM –computer-integrated manufacturing of integrated circuits IC-CIM 1980

  6. Fém-félvezetó p-n A B B Heteroátmenet MOS Több mint 100. éve ismerik a félvezetőket, ma ~ 60 fő típus eszközt, ezek ~100 változatát ismerik és alkalmazzák. De csak négy fő (elektronikai) blokk különíthető el: + optoelektronikai: hullámvezetö, diffrakciós rács, interferométer, lencse, tükör, csatoló + nanoelektronikai: kvantum gödör +mágneses struktúrák: memória, SQUID

  7. IC korszak: 1959- Kilby – 1 bipoláris tranzisztor, 3 ellenállás, 1 kondenzátor, Ge alap, huzal. 1960- Hoerny- „planáris” folyamat:oxid+Si, litográfia-diffúzió 1963- NMOS(n-csatorna)- CMOS (complementer MOSFET)(n-és p- MOS)-logikai elem (nem kell áram, csak a kapcsolásnál!) 1967- Dennard - DRAM (1 MOSFET+tároló kapacitás Fejlődési trendek:

  8. Félvezetők, dielektrikumok, fémek fizikája Rendszerezés elektromos vezetés szerint: Rendszrezés összetétel és alkalmazás szerint: Elemi félvezetők: Ge, Si, Se, Te, C Vegyületfélvezetők: GaAs, GaP, GaN, InP, InSb, CdS, ZnS, CuInSe2, SbSI, GeSe2,……. Dielektrikumok, szigetelők: SiO2, Al2O3, ZnO, LiNbO3, kerámia, teflon,… Fémek, vezetők: Au, Pt, Cu, Al, Cr, C, Mágneses anyagok: Fe, Ni, Co,Fe-Ni,.. A határok elmosódnak…

  9. Tisztakémiai elemek vagy azok keverékei - ötvözetek , vagy azok vegyületei Fizikai-kémiai vagy termodinamikai rendszer: az az elkülönített anyag(rész) vagy anyagok keveréke, melynek térfogata V, hőmérséklete Tés P nyomás alatt van. Az a rendszer, amely nem tartalmaz belső határfelületeket, amelyek mentén a tulajdonságok változnának, az összetétel és a szerkezet szempontjából homogén. Ha vannak az anyagrészeket elosztó felületek, akkor az anyag heterogén. A szerkezet homogén részeit, vagy azok együttesét, amelyeken belül az összetétel és a tulajdonságok azonosak, s amelyek csak az elválasztó határfelületen változnak, fázisnak nevezzük. Egy halmazállapoton belül az anyag létezhet akár több fázisban is (szén!) Egyszerű esetben a rendszer kémiai elemekből, mint összetevőkből épül fel, melyek külön-külön is létezhetnek. A rendszer összetevői (komponensei) viszont lehetnek kémiai elemek és vegyületek is, ezért a komponensek száma egyenlő vagy kisebb az összetevők számánál.

  10. Kémiai vegyület - olyan, kémiai kötésekkel rendelkező anyag, melyek szerkezete és tulajdonságai különböznek az alkotó elemekétől, és amelyekben az elemek aránya állandó (sztöchiametrikus összetétel : GaAs, NaCl, BaTiO3). Minden más összetett fázist a fémes rendszerekben átmeneti fázisnak hívunk. A fémek vegyületeit még intermetallikus fázisnak is nevezzük (CuS, AgBr, PbSe,…) Szilárdoldatok azok a változó összetételű fázisok, amelyekben az egyik komponens atomjai a másik komponens kristályrácsában helyezkednek el, de nem változtatják meg annak szimmetriáját (AlxGa1-x As, InxGa1-xAsyP1-y). Amorf anyagok is képezhetnek szilárdoldatot (SexTe1-x). A szilárdoldatokban az oldódó atomok a kristályrács atomjai közé (interstíciálisan), vagy a rácsatomok helyére (szubstitúciósan) épülhetnek be. Az utóbbi esetben a szilárdoldatban a komponensek oldhatósága egymásban lehet korlátozott vagy korlátlan. A korlátlan oldhatóságnak meglehetősen szigorú feltételei vannak: a két fémkomponens atomsugara legfeljebb 15%-kal térhet el egymástól. Ezen kívül a rácstípusoknak is, maguknak az atomok elektronszerkezetének is hasonlítania kell. A teljes oldhatóság a Fe-Cr, Fe-Co, Cu-Ni és néhány más rendszerben ismert: Se-Te,…)

  11. Kristályszerkezet Köbös, BCC,FCC Gyémánt szerkezet: tetrahedrális (két FCC egymásban): Si, Ge GaAs: zincblende = gyémántrács, csak az egyik FCC III csoportból kap elemet(Ga), a másik – az V-ből (As) Miller indexek: (hkl) síkok

  12. A különböző kristálytípusok elemi cellái.

  13. z L 0 K y H x Azokat a legkisebb egész számokat, melyek aránya megegyezik a H’, K’ és L’ arányával h, k, l betűkkel jelöljük és Miller-indexeknek nevezzük. H=2, K=2, L=1, 1/H=H’, 1/K=K’, 1/L=L’ ½ : ½ : 1/1 : h,k,l =1,1,2

  14. Vegyi kötések: kovalens, ionos, molekuláris, fémes

  15. Tetraedrális kötés a Si-ban: Si atom elektronjai: n=3 n=2 2s e n=1 2s e 2s e 2p e +14

  16. egykristály -- polikristály kristályhibák Kristályhibák (dinamikus és statikus) ponthibák (0-dimenzió) térbeli hibák (1,2,3-dimenziós) vakancia, atomhiány intersticiális vagy rácsköziatom (adalékolás!!!) diszlokáció - szabályos rétegződésű atomsorok elcsúszása pórusok, repedések, szemcsehatárok, más fázisok

  17. Az anyagok elektronszerkezete , A szabad elektron kinetikai energiája egy parabolávalírható le: de: 2a·sin90º=n, és k=2/ k=2/ az elektron hullámszáma

  18. Amorf, szerves anyagok, félvezetők  ~ exp(-Eí /(2kT) ) !!! Alacsony hőmérséklet:  ~ exp(-(T/T0)1/4 )

  19. Adalékolás

  20. A jó vezető réz (balra) és ezüst (jobbra) fajlagos ellenállásának megnövekedése a beépült idegen szennyező-atomok következtében.

  21. Ellenállás hőmérsékletfüggése: Cu-Ni ötvözetek fajlagos ellenállása (1) és az ellenállás hőmérsékleti együtthatója (2).

  22. Au – Ag ötvözet (keverékkristály vagy szilárd oldat) fajlagos ellenállása (a) és Cu – Au ötvözet fajlagos ellenállása a vegyületképzés (Cu3Au, CuAu) következtében fellépő anomális eloszlással (b).

  23. Mágneses anyagok: A doménok térbeli képződése a rendszer összenergiáját minimalizálja A Bloch-falban a mágnesezettségi irány megváltozása sok dipóluson elosztva valósul meg dBW(Co)  60 nm (kb. 200 atomsík) A mágneses momentumok párhuzamos irányba, ellentétes irányba állása Ferromágnesesség: Az atomi mágneses momentumok a Weiss-féle doméneken belül maguktól párhuzamosra állnak be

  24. Mágneses permeabilitás

  25. Ferrimágneses anyagok

  26. Polimerek, gyanták A polimer szénhidrogének között a legismertebbek: a polietilén , a polisztirol és a polivinil-klorid, illetve poli(tetrafluor-etilén)-teflon H H C C H H H H  C  C    H Cl n vinil-klorid (H2C=CHCl) polimerizációja F F F     C  C  C     F F F n Szilíciumszerves polimerek Epoxigyanták molekulái epoxi-gyűrűket tartalmaznak: O / \ H2C  CH       Si O SiOSi     Paraméterek: lágyulási T, keménység, vezetőképesség, oldékonyság, képlékenység

  27. Üvegek és amorf rétegek Kvarcüveg: SiO2 Szilikátüvegek: kvarchomok SiO2, szóda Na2CO3, hamuzsír K2CO3, mészkő CaCO3, dolomit CaCO3·MgCO3, nátriumszulfát Na2SO4, bórax Na2B4O7, földpát Al2O3·6SiO2·K2O és további anyagok. A szilikátüvegek színét a megfelelő adalékok adják: a CaO kék színt, a Cr2O3 zöld, a MnO2 barna, az UO3 sárga színt kölcsönöz az üvegnek. (Edények:: SiO2 -55 %, Na2O- 16%, K2O- 2%, B2O3 2%, Al2O3- 19%, TiO2 4%) Üvegkerámia: SiO2 -56%, MgO- 15%, Al2O3- 20%, TiO2 -9% Borátok, germanátok, fluoridok, Kalkogenidek: S,Se, Te-tartalmú anyagok Az amorf Si:H rétegekhez hasonlóan előállíthatók hidrogénezett szénrétegek (C:H), illetve bonyolultabb a-Si1-xCx:H, a-SixN1-x:H, a-Si1-xGex:H rétegek, rétegstruktúrák is.

More Related