Физико-химические основы технологии электронных средств. Конспект лекций

Владимирский государственный университет

Кафедра КТ РЭС

Физико-химические основы технологии

электронных средств.

(Конспект лекций)

Автор-составитель:

Содержание

Роль физико-химических процессов в технологии и конструировании электронных средств. 3

Основные термодинамические понятия. 3

Законы термодинамики. 5

Энтропия. 6

Условия равновесия термодинамических систем. Правило фаз. 8

Диаграммы состояния различных систем и их роль при проектировании технологических процессов. 9

Однокомпонентные системы. 9

Объемные диаграммы состояния. 10

Многокомпонентные системы. 10

Основные типы диаграмм равновесия бинарных систем. 11

Статистический характер второго закона термодинамики. 13

Характеристические функции и термодинамические потенциалы системы. 15

Явления и процессы на поверхности раздела двух фаз. Адсорбция физическая и химическая. 18

Термодинамическое равновесие поверхностного слоя с объемными фазами. 19

Растворы и их применение в технологии ЭС. 21

Виды химической связи между атомами. Равновесное состояние системы атомов. Основные свойства материалов, определяемые особенностями химической связи. 22

Ионная связь: 23

Ковалентная связь: 23

Металлическая связь: 24

Молекулярная связь: 25

Пространственное расположение частиц при образовании кристалла. 25

Кристаллические решётки. Типы симметрии и виды решёток. Индексы Миллера. 25

Структура жидкости. 28

Структура полимеров. 28

Жидкие кристаллы. 29

Образование и структура пленок. 30

Получение тонких пленок на ориентирующих подложках (эпитаксия). 35

Особенности структуры пленок. Влияние физико-химических факторов на структуру и свойства пленок. 36

Влияние физико-химических факторов на свойства пленок. 37

Закономерности и механизмы диффузии в полупроводниковых и планарных структурах. 39

Диффузия в твердых телах. Механизмы диффузии. 39

Законы диффузии Фика. 41

Использование диффузии для введения примеси в полупроводниковые кристаллы. Диффузия из ограниченного и неограниченного источника. 43

Физические основы ионной имплантации. 46

Роль физико-химических процессов в технологии и конструировании электронных средств.

Один из факторов определяющих научно-технический прогресс и уровень производства – это технология производства.

В настоящее время в технологии производства ЭС используются новые виды конструкций элементов и новые физико-химические явления в различных средах. Для получения элементов ЭС используется широкий спектр технологических процессов: осаждение пленок, формирование слоев из жидкой, паровой, газовой, ионно-плазменной фаз, травление пленок, литографические процессы с применением оптического, электронного, ионного и рентгеновского излучений, электрохимические, диффузионные и имплантационные процессы.

В этих технологиях трудно произвести разделение на физические и  химические процессы, так как они накладываются друг на друга. Поэтому речь идет о физико-химических основах.

Технологические процессы в технологии ЭС (т.е. физико-химические процессы) описываются с помощью термодинамики, ее кинетических и статистических законов.

Основные термодинамические понятия.

Термодинамика - это один из разделов теоретической физики, в котором изучают:

1.  Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой.

2.  Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические или химические процессы, зависимость их от условий протекания процессов.

3.  Возможность, направления и пределы самопроизвольного (т.е. без затраты работы извне) течения самих процессов в рассматриваемых условиях.

Формы передачи энергии можно разбить на две группы:

1.  Путем хаотических столкновений молекул соприкасающихся тел. Мерой передаваемой таким способом энергии является теплота(нагрев тел).

2.  Различные формы перехода движения за счет перемещения макроскопических масс, состоящих из ограниченного числа молекул (поднятие тел в поле тяготения, расширение газа). Мерой передаваемой таким способом энергии является работа.

Термодинамика на основе понятий теплоты и работы устанавливает многочисленные связи между различными свойствами вещества, и дает их обобщение в виде законов термодинамики, при этом не детализируются энергетические превращения внутри тела и не дифференцируются виды энергии свойственные телу в данном состоянии. Совокупность всех видов энергии рассматривается как единая внутренняя энергия системы.

Термодинамика рассматривает лишь тела, состоящие из большого числа молекул, т.е. макроскопические системы. Классическая термодинамика не принимает во внимание поведение и свойства 1 молекулы. Для 1 молекулы или для совокупности из нескольких молекул понятие теплоты и работы теряют смысл.

Объектом исследования термодинамики является термодинамическая система.

Системой называют тело или группу тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособляемых от окружающей среды.