close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Ziyonet.uz

код для вставкиСкачать
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИЧЕРСИТЕТ
имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ
Факультет «Электроника и автоматика»
Кафедра «Теоретическая электроника и электронные технологии»
на правах рукописи
Усмондияров Тимур Турсунбаевич
СОЗДАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТИПА ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР
Выпускная квалификационная работа
на соискание степени бакалавра по направлению
5523300-«нанотехнологии (наноматериалы, электронные приборы и
устройства)»
Заведующий кафедрой:
доц. Абидов К. Г.
Руководитель:
доц. Ниматов С. Ж.
Ташкент 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….5
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………..7
1.1.
Полупроводниковые материалы применяемые в электронной технике.7
1.2.
Зависимость типа проводимости полупроводникового материала от
сорта примеси……………………………………………………………..17
1.3.
Методы
определения
типа
проводимости
полупроводниковых
материалов………………………………………………………………..24
1.4.
Постановка задач исследования…………………………………………31
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ……………………………32
2.1. Термозондовый метод определения типа проводимости…………….32
2.2. Контроль температуры термозонда……………………………………42
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ……………………….46
3.1. Определение толщины плѐнок, полученных термическим испарением в
вакууме…………………………………………………………………………..46
3.2.
Определение
типа
проводимости
полупроводниковых
структур,
полученных вакуумным осаждением………………………………………….51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….56
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ……………………..........57
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….........66
ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………...73
4
ВВЕДЕНИЕ
Современный научно-технический прогресс неразрывно связан с
разработкой
и
освоением
полупроводниковых.
определяющим
Именно
успех
многих
новых
материалы
материалов,
стали
инженерных
в
частности
ключевым
решений
при
звеном,
создании
сложнейшей электронной аппаратуры. Практика постоянно предъявляет все
более жестокие и разнообразные требования к свойствам и сочетанию
свойств у материалов, поэтому растет их количество и номенклатура. В
настоящее
время
число
наименований
материалов,
применяемых
в
электронной технике для различных целей, составляет несколько тысяч,
значительную часть которых составляют полупроводниковые материалы.
Всегда создание новых материалов и открытие в них новых физических
эффектов и явлений приводило к созданию новых приборов и устройств, в
которых использовались эти явления. Основной областью применения
полупроводниковых материалов
Современный
этап
развития
является –микро и наноэлектроника.
общества
характеризуется
все
более
возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и
деятельности человека. Достижения в области электроники в значительной
мере способствуют успешному решению сложнейших научно-технических
проблем, повышению эффективности научных исследований, созданию
новых видов машин и оборудования. Только благодаря качественным
преобразованиям электронных средств стал возможным решение проблемы
глобальной
информатизации
человеческого
бытия,
т.е.
массовое
производство компьютеров, повсеместное использование информационных
технологий и управляющих систем, а также сетей на их основе. Важной
составляющей информатизации стали телекоммуникации, т. е. технические
средства для локальной, региональной и всемирной передачи информации.
Наряду с давно существующими радиосвязью и телевидением появились
компьютерные системы активного массового обмена информацией. Среди
5
таких систем наибольшую известность и признание получила всемирная сеть
Интернет.
Дискретный (цифровой) принцип представления информации,
принятый в информационных технологиях, широко внедряется в бытовую
электронику (цифровые телевизоры, видеокамеры, фотоаппараты и т. п.),
обеспечивающую многие жизненные потребности человека. Основными
проблемами в развитии всех направлений электроники продолжают
оставаться
дальнейшая
миниатюризация
изделий,
повышения
их
быстродействия, уменьшение энергопотребления, снижение стоимости. Все
эти проблемы наиболее эффективно решаются в рамках микро- и нано
электроники, которая за последние 40 лет прошла путь от простейших
гибридных до монолитных ультра больших интегральных схем, более 109
элементов. Полупроводниковые материалы составляют основу современных
больших и сверхбольших интегральных схем (ИС), которые делаются в
основном из
Si. Повышение быстродействия и снижение потребляемой
мощности связаны с созданием ИС на основе GaAs, InP и их твѐрдых
растворов с другими соединениями AIIIBV. Полупроводниковых материалов
используют для изготовления "силовых" электронных приборов (вентилей,
тиристоров,
мощных
транзисторов)
[1].
Здесь
также
основным
полупроводниковым материалом является Si, а дальнейшее продвижение в
область более высоких рабочих температур связано с применением GaAs, SiC
и других широко зонных полупроводниковых материалов. Расширяется
применение полупроводниковых материалов в солнечной энергетике
6
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1.
Полупроводниковые материалы применяемые в электронной
технике
Большинство
из
полупроводниковых
материалов
имеют
кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов,
характерной для структуры алмаза. Значительную роль в развитии
полупроводниковой техники сыграл селен: селеновые выпрямители долгое
время
оставались
основными полупроводниковыми
приборами,
получившими массовое применение. В начале 70-х гг. ХХ в. наиболее
распространѐнные полупроводниковые материалы — кремний и германий
[2]. Обычно
их
изготовляют
в
виде
массивных
монокристаллов,
легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с
удельным сопротивлением 10-3—104 Ом·м получают преимущественно
методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные
монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 Ом·м получают,
кроме того, зонной плавкой. Как правило, примесные атомы V группы
периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию
электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In)
— дырочную. Si
и
Ge
обычно
используют
для
изготовления
полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем и т.д.
Большую группу полупроводниковые материалы составляют химические
соединения типа AIIIBV — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs,
InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами
изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и
выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из
высокотемпературных
химически
инертных
материалов,
обладающих
высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом
таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II
7
группы придают этим полупроводниковым материалом, как правило,
дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную.
Полупроводниковые материалы этой группы используют в основном в
полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах,
фотоэлектронных
умножителях,
в
качестве
Ганна
плѐночных
диодах,
детекторов
излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра
электромагнитных волн. Полупроводниковые материалы типа AIIIBV
из
которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS , CdS, CdSe,
ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью
химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное
сопротивление и тип проводимости этих полупроводниковых материалов
определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными
для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от
стехиометрического использование полупроводниковых материалов этого
типа
связано
главным
фоточувствительностью.
образом
с
Поэтому
их
их
оптическими
применяют
в
свойствами
и
фоторезисторах,
фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения,
модуляторах
оптического
материалом
относят
излучения
также
и т.д.
некоторые
К
полупроводниковым
аморфные
стеклообразные
халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и
оксидные системы, например V2O5 — P2O5 — RxOy, где R — металлы I — IV
групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их
используют
главным
приборостроении.
образом
Основным
в
качестве
оптических
полупроводниковым
покрытий
материалом
в
для
изготовления солнечных батарей являются Si, GaAs, гетероструктуры
GaxAl1-xAs-GaAs, Cu2S-CdS,
α-Si(H), α-Si(H),α –SixC1-x(H). c применением
некристаллических гидрированных полупроводниковых материалов, связаны
перспективы снижения стоимости солнечных батарей. Полупроводниковые
материалы используют для создания полупроводниковых лазеров и
светодиодов. Лазеры делают на основе ряда прямозонных соединений типа
8
AIIIBV, AIIBVI, AIVBVI и др. Важнейшими материалами для изготовления
лазеров являются гетероструктуры: GaxAl1-xAs/GaAs, GaxIn1-xAsyP1-y/InP,
GaxIn1-xAs/InP, GaxIn1-xAsyP1-y/GaxAs1-xPx, GaN/AlxGa1-xN. Для изготовления
светодиодов широко используют: GaAs, GaP, GaAs1-xPx, GaxIn1-xAs,
GaxAl1-xAs, GaN и др. Полупроводниковые материалы составляют основу
современных приемников оптического излучения (фотоприемников) для
широкого спектрального диапазона. Их изготовляют на основе Ge, Si, GaAs,
GaP, InSb, InAs, GaxAl1-xAs, GaxIn1-xAs, GaxIn1-xAsyP1-y, CdxHg1-xТе, PbxSn1-xTe
и ряда других полупроводниковых материалов. Основные электрофизические
свойства важнейших полупроводниковых материалов (ширина запрещѐнной
зоны,
подвижность
носителей
тока,
температура
плавления
и т. д.)
представлены в табл. 1. Ширина запрещенной зоны ΔEg является одним из
фундаментальных
параметров
полупроводниковых
материалов
[2].
Полупроводниковые лазеры и фотоприемники — важнейшие составляющие
элементной базы волоконно-оптической линий связи. Полупроводниковые
материалы
(биполярных
используются
и
полевых
для
создания
транзисторов,
различных
СВЧ
приборов
транзисторов
на
«горячих»
электронах, лавина пролетных диодов и др.). Другие важные области
применения полупроводниковых материалов: детекторы ядерных излучений
(используют особо чистые Ge, Si, GaAs, CdTe и др.), изготовление
термохолодильников
(теллуриды
и
селениды
висмута
и
сурьмы),
тензодатчиков, высокочувствительных термометров, датчиков магнитных
полей и др. В далеком 1947 году, в недрах лабораторий телефонной
компании Bell «родился» первый в мире транзистор – полупроводниковый
усилительный элемент. Событие ознаменовало собой переход электроники
из громоздких вакуумных труб на более компактные и экономичные
полупроводники. Начался новый виток цивилизации, получивший название
«кремниевый век». Самыми распространенными полупроводниками в
производстве электронных компонентов являются германий (Ge) и кремний
(Si) [3].
9
Таблица 1.
Основные свойства важнейших полупроводниковых материалов
Элемент Наиме тип
Ширина
Подвижность
запрещен
носителей заряда,
нование ной зоны, эВ
соединен
мате
ия
риала
при
при
300 К
0К
С (алмаз) 5,47
Элемент
Электроны Дырки
Кристал лическая
структура
Постоянная
решѐтки, нм
Температура
плавления,
°С
пара при
температур
е
плавления,
атм
5,51
2800
2100
алмаз
3,56679
4027
Ge
0,661
0,89
3900
1900
типа алмаза
5,65748
937
Si
1,12
1,16
1500
600
типа алмаза
5,43086
1420
типа алмаза
6,4892
α-Sn
IV—IV
300K, см2/(в×сек)
Упругость
~0,08
10−9
10−6
α-SiC
3
3,1
400
50
типа сфалерита
4,358
3100
AISb
1,63
1,75
200
420
типа сфалерита
6,1355
1050
<0,02
BP
6
типа сфалерита
4,538
>1300
>24
GaN
3,39
>1700
>200
GaSb
0,726
706
<4·10−4
III—V
0,80
440
200
типа вюртцита
2500
680
типа сфалерита
3,186 (по оси a)
5,176 (по оси с)
6,0955
II—VI
GaAs
1,424
1,52
8500
400
типа сфалерита
5,6534
1239
GaP
2,27
2,40
110
75
типа сфалерита
5,4505
1467
35
InSb
0,17
0,26
78000
750
типа сфалерита
6,4788
525
<4·10−5
InAs
0,354
0,46
33000
460
типа сфалерита
6,0585
943
0,33
InP
1,34
1,34
4600
150
типа сфалерита
5,8688
1060
25
CdS
2,42
2,56
300
50
типа вюртцита
CdSe
1,7
1,85
800
типа сфалерита
6,05
1258
ZnO
3,36
200
кубическая
4,58
1975
ZnS
3,6
3,7
165
типа вюртцита
PbS
0,41
0,34
600
700
кубическая
5,935
1103
PbTe
0,32
0,24
1700
840
кубическая
6,460
917
IV—VI
4
4,16 (по оси a)
6,756 (по оси с)
3,82 (по оси a)
6,26 (по оси с)
1750
1700
1
5
6
7
8
Это делает германий более экономичным в плане энергозатрат.
Кремний лучше сохраняет стабильность работы на высоких температурах и
превосходит германий по частотным характеристикам. К тому же запасы Si
на планете практически безграничны, а технология его получения и очистки
значительно дешевле, чем Ge, довольно редкого в природе элемента. Все это
привело к неизбежной и быстрой замене германиевых полупроводников на
кремниевые. Первый транзистор на основе этого материала появился уже в
1954 году. В начале развития полупроводниковой технологии широкое
применение получил германий. Этому способствовали более низкая
температура плавления, а значит более доступная технология очистки, а
также высокая подвижность носителей заряда в веществе. В дальнейшем
была усовершенствована технология получения и очистки кремния и в
настоящее время кремний – базовый материал при изготовлении пленарных
транзисторов и ИС [3, 4].
Кремний имеет следующие преимущества перед германием:
а) большая ширина запрещенной зоны
Еg, что обеспечивает более
низкие концентрации собственных и неосновных носителей
. Это
дает возможность создавать резисторы с более высокими номиналами;
б) обеспечивать меньшие токи утечки в p-n-переходе;
в) использовать более высокие рабочие температуры и удельные
нагрузки;
г) кремний более устойчив к загрязнениям поверхности;
д) пленка SiO2 имеет коэффициенты диффузии примесей меньше, чем
кремний, и обеспечивает маскирующие и пассивирующие свойства.
Германий
используется
для
изготовления
большого
числа
полупроводниковых приборов: выпрямительных диодов (на прямые токи
0,3… 1000 А при падении напряжения не более 0,5 В), лавинно – пролетных
и туннельных диодов, варикапов, точечных высокочастотных, импульсных и
СВЧ-диодов. В импульсных диодах для достижения высокой скорости
переключения требуется материал с малым временем жизни неравновесных
носителей заряда. Для этой цели используют Ge, легированный золотом.
Германий
используется
для
изготовления
сплавных
биполярных
транзисторов с граничной частотой 600 МГц. Нанесение пленочной изоляции
из SiO2 позволяет изготавливать Ge – транзисторы по планарной технологии.
Благодаря относительно высокой подвижности германий применяется для
изготовления датчиков Холла. Оптические свойства германия позволяют
использовать
его
для
изготовления
фотодиодов,
фототранзисторов,
оптических линз с большой светосилой (для ИК-лучей), оптических
фильтров, модуляторов света, а также счетчиков ядерных частиц. Рабочий
диапазон температур германиевых приборов -60… +70 °С. Кремний
применяется практически для всех типов полупроводниковых приборов и
интегральных схем: диодов (выпрямительных, импульсных, СВЧ и др),
биполярных транзисторов (низкочастотных, высокочастотных, мощных,
маломощных), полевых транзисторов, приборов с зарядовой связью [5].
Плоскостные Si-диоды могут выдерживать обратные напряжения до 1500 В и
пропускать ток в прямом направлении до 1500А. Рабочие частоты планарных
транзисторов
могут
достигать
10
ГГц.
Из
кремния
изготавливают
большинство стабилитронов и тиристоров. Кремниевые стабилитроны в
зависимости
от степени
легирования
материала
имеют
напряжение
стабилизации от 3 до 400 В. Широкое применение находят кремниевые
фоточувствительные
приборы,
особенно
фотодиоды
быстродействием.
Спектр
фоточувствительности
с
высоким
кремниевых
фотодетекторов (0,3…1,1 мкм) хорошо согласуется со спектром излучения
многих полупроводниковых источников света. Кремниевые фотоэлементы
для преобразования солнечной энергии в электрическую (солнечные батареи)
используются в системах энергоснабжения космических аппаратов и имеют
К.П.Д.. 10…12%. Кремний, легированный литием, используется для
детекторов
изготовления
ядерных
излучений.
датчиков
Холла
Кремний
и
используется
тензодатчиков.
4
В
также
для
тензодатчиках
используется
сильная
зависимость
удельного
сопротивления
от
механических деформаций. Верхний температурный предел работы Siприборов – 180…200 °С. Приборы на кремнии отличаются большой
надежностью. В таких передовых областях, как разработка и производство
процессоров, где размер и скорость полупроводниковых элементов играют
решающую роль, развитие технологий использования кремния практически
подошло к пределу своих возможностей [6]. Улучшение производительности
интегральных схем, достигающееся путем наращивания рабочей тактовой
частоты
и
увеличения
количества
транзисторов,
при
дальнейшем
использовании Si становиться все более сложной и дорогостоящей задачей.
По
мере
повышения
скорости
переключения
транзисторов,
их
тепловыделение усиливается по экспоненте. Это остановило в 2005 году
максимальную тактовую частоту процессоров где-то в районе 3 ГГц и
заставило
разработчиков
перейти
на
стратегию
«многоядерности».
Количество полупроводниковых элементов в одном чипе увеличивается
путем уменьшения их физических размеров – переход на более тонкий
технологический процесс. Каждый такой шаг означает снижение линейных
размеров транзистора примерно в 1,4 раза и площади примерно в 2 раза.
Всем известный Intel на данный момент (2011 год) владеет технологией в
32 нм при которой длина канала транзистора составляет 20 нм. Переход на
более тонкий технологический процесс осуществляется этой компанией
примерно каждые 2 года.
Быстродействие транзисторов по мере их
уменьшения растет, но уже не повышается тактовая частота ядра процессора,
как было до 90 нм технологического процесса. Это оставляет дальнейшее
развитие кремниевых технологий малоперспективным. Основной претендент
на смену кремнию, по мнению многих экспертов, это графен. Этот новый
полупроводниковый материал, открытый в 2004 году, является особой
формой углерода (C). Сейчас разрабатывается транзистор на базе графена,
который может работать в трех различных режимах [7].
5
Рис. 1.1. Полупроводниковые приборы.
Рис. 1.2. Солнечные батареи.
6
Для аналогичной задачи в кремниевом чипе, потребовалось бы три
отдельных полупроводниковых транзистора (рис. 1.1.). Это позволит
создавать интегральные схемы из меньшего количества транзисторов,
которые будут выполнять те же функции, что и их кремниевые аналоги. Еще
одним важным преимуществом графеновых транзисторов является их
способность работать на высоких частотах. Как заявляют некоторые ученые
специалисты,
эти
частоты
могут
достигать
500-1000
ГГц.
Однако
многообещающие технологии на базе графена пока еще находятся на стадии
исследований и разработок. Время покажет, сколько они еще таят в себе
подводных камней [8]. Ну, а кремний все еще остается рабочей лошадкой в
современной
электронике,
Электропроводность
и
не
проводников
спешит
сильно
зависит
сдавать
от
позиции.
окружающей
температуры. При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю
(-273°С),
полупроводники не
проводят электрический
ток,
а
с повышением температуры, их сопротивляемость току уменьшается. Если
на полупроводник навести свет, то его электропроводность начинает
увеличиваться. Используя это свойство полупроводников, были созданы
фотоэлектрические приборы.
Также
полупроводники
способны
преобразовывать энергию света в электрический ток, например, солнечные
батареи. (рис. 1.2.) Полупроводниковые приборы - общее название
разнообразных
приборов,
действие
полупроводников – однородных
которых
основано
на
свойствах
и неоднородных, содержащих p - n -
переходы и гетеропереходы. В полупроводниковых приборах используются
различные явления, связанные с чувствительностью полупроводников к
внешним
воздействиям
(изменению
температуры,
действию
света,
электрических и магнитных полей и др.), а также поверхностные свойства
полупроводников (контакт полупроводник - металл, полупроводник диэлектрик и их сочетания).
7
1.2.
Зависимость типа проводимости полупроводникового материала
от сорта примеси
Полупроводниковые
материалы,
обширный
класс
материалов,
проявляющих полупроводниковые свойства. В него входят сотни самых
разнообразных веществ — как элементов, так и химических соединений. По
мнению основоположника полупроводникового материаловедения академика
А. Ф. Иоффе, «полупроводники — это почти весь окружающий нас
неорганический мир». Несмотря на существенные различия в строении и
химическом составе, материалы этого класса роднит одно качество —
способность сильно изменять свои электрические свойства под влиянием
небольших внешних энергетических воздействий [9].
Химически
чистые
полупроводники
обладают
собственной
проводимостью, которую в отличие от проводимости, обусловленной
наличием примесей, обозначают буквой «i». Эта проводимость наполовину
электронная и наполовину дырочная [10]. При весьма низкой температуре
полупроводник практически является диэлектриком. Но при повышении
температуры проводимость его возрастает, так как все большее количество
электронов, бывших ранее связанными, переходит в полусвободное
состояние и вместе с тем возникает такое же количество дырок.
В 1 см³ германия содержится около 10²² атомов и при температуре 20 °С
возникает 10¹³ полусвободных электронов и столько же дырок. Для кремния
это число равно 10¹¹. Следовательно, в чистом полупроводнике число
носителей зарядов, способных своим перемещением образовать ток,
составляет миллионные и миллиардные доли процента общего числа атомов
[11]. В металлических проводниках все электроны внешних оболочек атомов
являются полусвободными и могут перемещаться вдоль проводника. Таким
образом, в металлах число полусвободных электронов равно числу атомов
или больше его. Поэтому проводимость металлов в миллионы и миллиарды
раз больше, чем у полупроводников. Полупроводник без примесей обладает
8
только собственной проводимостью. При наличии примесей существует как
собственная проводимость i, так и примесная типа р или n в зависимости от
рода примеси. Чтобы примесная проводимость преобладала, в каждом
кубическом сантиметре полупроводника число атомов примеси должно быть
больше числа собственных носителей заряда [12]. Например, для германия
при комнатной температуре число атомов примеси должно быть больше 10¹³
на 1 см³, в котором содержится 10²² атомов германия. Как видно, ничтожное
количество примеси (для германия — более одного атома примеси на
миллиард атомов самого германия или миллионные доли процента примеси)
существенно изменяет характер и величину проводимости полупроводника.
Получение полупроводников с таким малым и вполне определенным
содержанием примеси является сложным процессом. Особенно трудно
получить относительно чистый полупроводник, так как допускается не более
одного атома примеси на 10 млрд. атомов для чистого германия и не более
одного атома на 100 млрд. атомов для чистого кремния [13].
Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых
убывает с повышением температуры, наличием примесей, изменением
освещенности. По этим свойствам они разительно отличаются от металлов.
Обычно
к
полупроводникам
относятся
кристаллы,
в
которых
для
освобождения электрона требуется энергия не более 1,5—2 эВ. Типичными
полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых
атомы объединены ковалентной связью. Природа этой связи позволяет
объяснить
указанные
выше
характерные
свойства.
При
нагревании
полупроводников их атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не
могут быть захвачены соседними атомами, так как все их валентные связи
насыщены. Свободные электроны под действием внешнего электрического
поля
могут
перемещаться
в
кристалле,
создавая
электронный
ток
проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в
кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона.
Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон. Далее, в результате
9
переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит
процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим
электроном — «дырки». Внешне этот процесс хаотического перемещения
воспринимается как перемещение положительного заряда. При помещении
кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение «дырок»
— дырочный ток проводимости [14]. В идеальном кристалле ток создается
равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости
называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении
температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников
увеличивается.
На
проводимость полупроводников большое влияние
оказывают примеси. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная
примесь — это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной
примеси в полупроводнике образуются липшие электроны. Проводимость
станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа
[15]. Например, для кремния с валентностью n = 4 донорной примесью
является мышьяк с валентностью n = 5. Каждый атом примеси мышьяка
приведет к образованию одного электрона проводимости.
Акцепторная
примесь — это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой
примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок».
Проводимость
будет
«дырочной»,
а
полупроводник
называют
полупроводником р-типа. Например, для кремния акцепторной примесью
является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к
образованию лишней «дырки» [15, 16]. Принцип действия большинства
полупроводниковых приборов основан на свойствах р—n-перехода. При
приведении в контакт двух полупроводниковых приборов р-типа и n-типа в
месте контакта начинается диффузия электронов из n-области в р-область, а
«дырок» — наоборот, из р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечным
во времени, так как образуется запирающий слой, который будет
препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок». р—n - контакт
полупроводников, подобно вакуумному диоду, обладает односторонней
10
проводимостью:
если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-»
источника тока, то запирающий слой разрушится и р—n-контакт будет
проводить ток, электроны из n-области пойдут в р - область, а «дырки» из
р- области в n-область [17]. В первом случае ток не равен нулю, во втором
— ток равен нулю. Это означает, что если к р - области подключить «-»
источника, а к n-области — «+» источника тока, то запирающий слой
расширится и тока не будет.
Различают примеси электрически активные и
неактивные. Первые способны приобретать в полупроводниках заряд того
или другого знака, который компенсируется появлением электрона в зоне
проводимости или дырки в валентной зоне. Электрически неактивные
примеси остаются нейтральными и сравнительно слабо влияют на
электрические свойства полупроводника. Как правило, электрическая
активность связана с тем, что приметный атом имеет иную валентность, чем
замещаемый атом, а кристаллическая решѐтка, в которую попадает примесь,
"навязывает" ей свою координацию ближайших соседей. Так, например,
элемент V группы, попадая в решѐтку Si с тетраэдрической координацией
связи, "перестраивает" свои валентные электроны так, что 4 из них образуют
устойчивую тетраэдрическую конфигурацию, а 5-й электрон связан с
приметным атомом относительно слабо. В первом приближении можно
считать,
что
на
этот
"лишний"
электрон
действует
лишь
сила
электростатического притяжения к приметному иону, уменьшенная в е раз –
(ε диэлектрическая проницаемость решѐтки).
В простейшем случае невырожденной (стандартной) зоны уравнение
движения для лишнего электрона оказывается таким же, как для электронов в
атоме водорода. Энергия связи имеет вид
ℰ0=
(1.1)
11
гдеe-заряд электрона, ℰ- диэлектрическая проницаемость решѐтки.
Если
оказывается примерно в 1.5•103 раз
то
меньше, чем энергия связи атома водорода (13,6 эВ). Тепловое движение
легко отрывает электрон от примесного атома, после чего он может
участвовать в переносе электрического тока. Такие примесные атомы
называют - донорами (донорная примесь) [18]. Элементы III группы, попадая
в тетраэдрическую решѐтку, захватывают электрон из валентной зоны и с его
помощью
образуют
устойчивую
тетраэдрическую
конфигурацию.
Образовавшаяся в валентной зоне дырка притягивается к отрицательно
заряженному примесному атому и при низких температурах находится в
связанном (локализованном) состоянии. Энергия связи дырки в случае
стандартной зоны также выражается формулой (1.1) где m - эффективная
масса дырки. Дырка, "оторвавшаяся" от примесного атома, также может
участвовать в переносе тока. Примесные атомы, поставляющие дырки, наз.
акцепторами (акцепторная примесь) [18]. Собственная
проводимость
полупроводников обычно невелика, так как число свободных электронов,
например, в германии при комнатной температуре порядка 3·10 -13 см-3. В то
же время число атомов германия в 1 см3 ~ 1023. Проводимость
полупроводников увеличивается с введением примесей, когда наряду с
собственной
проводимостью
возникает
дополнительная
примесная
проводимость. Примесной проводимостью полупроводников называется
проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике.
Примесными центрами могут быть:
1. атомы или ионы химических элементов, внедренные в решетку
полупроводника;
2. избыточные атомы или ионы, внедренные в междоузлия решетки;
3. различного рода другие дефекты и искажения в кристаллической
решетке: пустые узлы, трещины, сдвиги, возникающие при
деформациях кристаллов, и др.
12
Изменяя концентрацию примесей, можно значительно увеличивать
число носителей зарядов того или иного знака и создавать полупроводники с
преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно
заряженных носителей. Примеси можно разделить на донорные (отдающие)
и акцепторные (принимающие). Допустим, в кристалле полупроводника, в
котором атомы имеют по четыре валентных электрона, мы заменили один
атом атомом, у которого пять валентных электронов. Этот атом своими
четырьмя
электронами
свяжется
с
четырьмя
соседними
атомами
полупроводника, а пятый валентный электрон останется «лишним» – то есть
свободным.
И
чем больше будет
таких
атомов
в
кристалле,
тем больше окажется свободных электронов, а значит, такой полупроводник
по своим свойствам приблизится к металлу, и чтобы через него проходил
электрический ток, в нем не обязательно должны разрушаться межатомные
связи.
Полупроводники,
обладающие
такими
свойствами,
называют
полупроводниками с проводимостью типа «n», или полупроводники n-типа
(рис. 1.3 а.). Здесь латинская буква n происходит от слова «negative»
(негатив)
–
то
есть
«отрицательный».
Отсюда
следует,
что
в
полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются –электроны,
а не основными – дырки [19]. Возьмем все тот же кристалл, но теперь
заменим его атом атомом, в котором только три свободных электрона.
Своими тремя электронами он свяжется только с тремя соседними атомами, а
для связи с четвертым атомом у него не будет хватать одного электрона. В
итоге образуется дырка. Естественно, она заполнится любым другим
свободным электроном, находящимся поблизости, но, в любом случае, в
кристалле
такого
полупроводника
не
будет хватать электронов
для
заполнения дырок. И чем больше будет таких атомов в кристалле,
тем больше будет дырок.
13
а)
б)
Рис. 1.3. Атом мышьяка в решетке германия. Полупроводник n-типа, б) Атом индия в решетке
германия. Полупроводник p-типа.
14
Чтобы в таком полупроводнике могли высвобождаться и передвигаться
свободные электроны, обязательно должны разрушаться валентные связи
между атомами. Но электронов все равно не будет хватать, так как число
дырок всегда будет больше числа электронов в любой момент времени.
Такие
полупроводники
называют
полупроводниками
с дырочной
проводимостью или проводниками p-типа, что в переводе от латинского
«positive» означает «положительный» (pис. 1.3 б). Таким образом, явление
электрического тока в кристалле полупроводника p-типа сопровождается
непрерывным возникновением и исчезновением положительных зарядов –
дырок. А это значит, что в полупроводнике p-типа основными носителями
заряда являются дырки, а не основными – электроны [19].
1.3.
Методы определения типа проводимости полупроводниковых
материалов
В настоящее время имеется много методов определение типа
проводимости
полупроводника:
двухзондовый,
трехзондовый,
четырехзондовый, бесконтактный и др. Наибольшее распространение
получили двухзондовый и четырехзондовые методы.
Использование:
полупроводниковых
для
контроля
образцов.
электрофизических
Сущность:
для
параметров
определения
типа
электропроводности неоднородных полупроводниковых структур по знаку
термо-ЭДС в области зондового контакта нагревают весь объем структуры,
зонд при этом сохраняет компактную температуру. Определение типа
проводимости осуществляют во время нарастания величины термо-ЭДС.
Изобретение относится к области средств контроля электрофизических
параметров полупроводников и может быть использовано для определения
типа электропроводности полупроводниковых структур. Известен способ
15
определения типа электропроводности по знаку термо-ЭДС возникающей
между металлическими зондами, один из которых нагревают.
Способ заключается в определении полярности термо-ЭДС, возникающей
между
нагретой
и
более
холодной
областями
полупроводника,
расположенными в местах контактирования зондов [20].
Известен также способ определения типа электропроводности в
котором применяют охлажденный зонд вместо нагретого. Известные
способы, основанные на использовании нагретого и охлажденного зондов, не
обеспечивают определения типа электропроводности в неоднородных и
многослойных структурах, если размеры неоднородных областей превышают
меж зондовое расстояние. Наиболее близким техническим решением к
заявляемому является способ определения типа электропроводности по знаку
термо-ЭДС возникающей между нагретой и более холодной областями
полупроводника. Градиент температуры создается локальным нагревом
образца в результате прижима нагретого зонда, при этом вторым контактом
служит металлическая пластина, на которой размещают образец. Однако,
если
полупроводниковые
образцы
содержат
неоднородные
по
электропроводности области, то с помощью термозонда достоверно
определить
тип
проводимости
в
заданном
месте
невозможно.
Неопределенность типа проводимости обусловлена, например, эффектами
фото напряжения, выпрямления, возникающими на p-n- переходах и других
неоднородностях полупроводниковых структур. Сущность изобретения
заключается
в
том,
что
способ
основан
на
определении
типа
электропроводности полупроводниковых структур по знаку термо-ЭДС в
области зондового контакта. При этом осуществляют нагрев всего объема
полупроводниковой структуры, зонд находится при комнатной температуре,
а определение типа электропроводности в неоднородных и многослойных
структурах
проводят
во
время
нарастания
величины
термо-ЭДС.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое
техническое
решение
отличается
тем,
16
что
нагревают
весь
объем
полупроводниковой
структуры,
а
зонд
находится
при
комнатной
температуре, определение же типа электропроводности в неоднородных и
многослойных Нагрев всего объема структуры обусловливает состояние
собственной (смешанной) электропроводности полупроводника и таким
образом нивелирует неоднородности электрофизических параметров [21].
Изначально неоднородная или многослойная полупроводниковая структура
становится однородной. В точке контактирования холодного зонда с
поверхностью нагретой структуры концентрация собственных носителей
резко
уменьшается
и
знак
термо-ЭДС
определяется
примесной
проводимостью. С течением времени область охлаждения расширяется и
может быть сравнимой с размерами врожденных неоднородностей. При этом
достоверность
определения
типа
проводимости
не
обеспечивается.
Необходимо следить за динамикой установления стрелки нуль - индикатора.
Если стрелка смещается от "нуля" в одном из направлений, значит,
конкурирующие области не мешают. Если стрелка останавливается и даже
начинает смещаться в противоположную сторону, значит, размеры области
охлаждения сравнимы с размерами неоднородностей. Таким образом
достоверное определение типа электропроводности необходимо проводить
во время нарастания термо-ЭДС.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.
Исследуемую
полупроводниковую
структуру
размещают
на
металлическом столике с нагреваемой поверхностью для прогревания всего
объема структуры до требуемой температуры. Для определения температуры
нагрева структур из различных полупроводниковых материалов можно
исходить
из
значений
работоспособность
предельных
полупроводниковых
температур,
приборов
германиевых приборов: 80 - 100
o
Находящийся
температуре
при
комнатной
допускающих
(например,
C; для кремниевых: 180 - 200
зонд,
включенный
для
o
C).
в
измерительную схему, прижимают к поверхности структуры и в период
нарастания
термо-ЭДС определяют тип
17
электропроводности.
Способ
определения
типа
электропроводности
полупроводниковых
образцов,
включающий нагрев образца, приведение зонда в контакт с образцом и
определение типа электропроводности по знаку термоэлектродвижующей
силы в области зондового контакта, отличающийся тем, что в качестве
образцов используют неоднородные многослойные полупроводниковые
структуры, нагреву подвергают весь объем структуры, температура зонда
комнатная, а определение типа электропроводности осуществляют в момент
нарастания термоэлектродвижущей силы [22].
В связи с этим часто возникает необходимость экспериментального
определения типа полупроводника. Она может решаться параллельно с
определением удельных сопротивлений с использованием четырехточечной
измерительной
схемы.
При
этом
известны
два
основных
способа
определения типа проводимости:
метод выпрямления (Rectification Method)
метод термо-ЭДС (Thermoelectric Voltage Method).
Для реализации первого метода используется измерительная схема,
показанная на рис. 1.4.
При полупроводнике p-типа у осциллограммы контрольной точки (рис.
1.5) отчетливо видна несимметричность осциллограммы – положительная
полуволна явно имеет большую амплитуду, чем отрицательное и среднее
напряжение в контрольной точке положительно. При полупроводнике n-типа
преобладает отрицательная полуволна и напряжение в контрольной точке
отрицательно.
Второй метод реализуется измерительной схемой, показанной на
рис. 1.6. Определение типа проводимости аналогично описанному и
выполняется по показаниям вольтметра. Этот метод предпочтителен при
испытании низкоомных полупроводников, когда метод выпрямления
работает плохо из-за низкого уровня напряжения в контрольной точке .
18
Рис.1.4. Реализация метода выпрямления.
Рис. 1.5. Осциллограммы контрольного сигнала.
Рис.1.6. Реализация метода термо-ЭДС.
19
Для определения типа проводимости полупроводников и концентрации
свободных носителей заряда в них используется эффект Холла, суть которого
заключена в следующем: если полупроводник с током поместить в магнитное
поле с индукцией
, направленной перпендикулярно току
, то между
верхней и нижней гранью образца появляется разность потенциалов
(рис.1.7), называемая Холловской Э.Д.С. Опыт показал, что величина Ux =R
B j d, где
– константа, зависящая от типа полупроводника. Эффект Холла
объясняется электронной теорией и является следствием существования
силы Лоренца . Упрощенно можно сказать так, что на каждый основной
носитель заряда (электрон или дырку), движущийся со скоростью ν в
магнитном поле B, действует сила Лоренца, перемещая его к одной из граней
образца [23]. Перемещение зарядов будет происходить до тех пор, пока сила,
действующая со стороны возникшего внутри кристалла электрического поля
напряженностью E, не сравняется с величиной силы Лоренца, т. е. .
,
.
(1.2)
Это выражение совпадает с выражением Ux , полученным из
опыта. Постоянная Холла равна
. Эта зависимость изменяется в
квантовом эффекте Холла. По результатам эксперимента можно определить
следующее: 1) по знаку Ux тип проводимости полупроводника, 2) по
значению Rx определить концентрацию носителей заряда в полупроводнике,
3) используя значение проводимости σ и концентрации основных носителей
заряда n можно вычислить их подвижность:
(1.3)
(1.4)
20
Рис. 1.7. – Схема, поясняющая возникновение Холловской Э.Д.С.
21
1.4 . Постановка задач исследования
1.
Ознакомиться с имеющейся научно-технической литературой по
тематике выпускной квалификационной работы (провести еѐ анализ и
обобщение).
2. Разработка лабораторного стенда для определения типа проводимости
полупроводниковых структур.
3. Определит тип проводимости полупроводниковых структур полученных
вакуумным осаждением.
22
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Термозондовый метод определения типа проводимости
Явлением
возникновение
термоэлектродвижущей
разности
потенциалов
силы
на
термо-ЭДС
концах
называется
однородного
или
неоднородного (спаянного или сварного) материала при создании на его
концах разности температур.
=α,
где
(2.1)
- изменение разности потенциалов при изменении разности
температур на концах материала; α - термо-ЭДС. Различают два механизма
возникновения термо-ЭДС – контактный и объемный. При контакте двух
металлов с различной работой выхода происходит обмен электронами между
этими металлами (рис. 2.1).
Электроны из металла с меньшей работой выхода χB будут переходить
в металл с большей работой выхода χA и на границе двух металлов возникает
разность потенциалов, обусловленная разностью зарядов в металлах «А» и
«В». Между металлами возникает электрическое поле, локализованное в слое
d = 10-8 см. Направленный поток электронов прекратится в момент
выравнивания уровней Ферми.
Контактная разность потенциалов определяется числом электронов
перешедших из «В» в «А». В свою очередь концентрация электронов в
металле связана с положением уровня Ферми, μ :
µ0=
(2.2)
23
где n – концентрация электронов, m* - эффективная масса электронов,
h = 6,62·10-34 Дж/с - постоянная Планка.
При
изменении
температуры
контакта
потенциалов на концах цепи определяется
электронов металлов
величина
разностью
разности
энергий Ферми
«А» и «В», которая характеризуется
значением
энергий уровней Ферми в них.
φ=µB - µA=
(2.3)
Следовательно, внутренняя
контакте
двух
металлов
контактная разность потенциалов на
определяется
концентрацией
изолированных металлах и их эффективными
массами.
электронов
в
Для металлов
dφi~10-3÷10-2мВ. Значения α зависят от природы соприкасающихся
проводников и для любой пары металлов или металла и полупроводника
различно. Значение термо-ЭДС для большинства пар металлов постоянны в
широком диапазоне температур, что делает контакт металлов, так
называемую термопару, удобным средством измерения температуры.
ΔT =
(2.4)
Так как такой контакт показывает изменение разности потенциалов
при изменении температуры
от какой-то начальной величины, например
комнатной, то для определения температуры необходимо кΔТ прибавлять
величину начальной температуры (комнатной).
T=TK+
(2.5)
24
Рис. 2.1. Контакт металлов с разной работой выхода
25
Наиболее распространенная термопара
медь-константан (Cu-
(Cu-Ni)) имеет термо-эдс α = 40 мкВ/К.
В полупроводнике имеют место контактная и
потенциалов,
объемная разности
обусловленные разностью температур на концах цепи.
В
однородном полупроводнике градиент температуры вызывает появление как
градиента концентрации носителей, так и градиента их средней энергии, что
является причиной движения зарядов, т. е. электрического тока.
В
разомкнутой цепи в стационарном состоянии плотность тока во всех точках
равна нулю, что в данном случае возможно лишь при появлении
электрического поля, которое в каждой точке полупроводника вызывает ток,
компенсирующий
движение
зарядов,
обусловленное
градиентом
температуры. На образце возникает электродвижущая сила, которую
называют
термо-ЭДС.
При
измерении
термо-ЭДС
на
границах
полупроводника и измерительных металлических электродов существуют
контактные разности потенциалов, которые не равны друг другу, вследствие
существующего температурного градиента. Измерительный прибор в этом
случае фиксирует ЭДС, равную термо-ЭДС и разности контактных
потенциалов
измерительных
электродов.
Независимо
от
характера
проводимости (собственная, примесная или смешанная) при небольших
концентрациях свободных носителей из условия электронейтральности (j =0)
полупроводника выражение для концентрации носителей заряда имеет вид:
n=2
(2.6)
ΔE = (EС – F) – энергетический интервал от уровня Ферми (F) до дна
зоны проводимости EС.
Пред экспоненциальный член обозначается NС и является эффективной
плотностью состояний в зоне проводимости. Для концентрации дырок
26
p=NV
(2.7)
Для невырожденных и собственных полупроводников концентрация
носителей зависит от температуры. При неодинаковом нагреве в разных
точках
полупроводника
концентрации
в
неодинаковыми, в частности на концах
зоне
проводимости
будут
полупроводника. Свободные
электроны, избыток которых образуется на горячем конце образца, будут
диффундировать из этой области в область с меньшей концентрацией – к
холодному концу. Для дырочного полупроводника явление обратное, на
горячем конце избыток положительных зарядов. В результате диффузии
зарядов
горячий
конец
электронного
положительно. Таким образом, если
полупроводника
полупроводник
заряжается
примесный, то
направление внутреннего электрического поля и полярность термо-ЭДС
определяются знаком носителей заряда, следовательно, по знаку термо-ЭДС
можно определить тип примесной проводимости исследуемого образца.
Электрическое поле, возникающее в результат диффузии носителей
между разно температурными концами полупроводника, препятствует
дальнейшей диффузии, и при динамическом равновесии его величина и
определяет
термо-ЭДС.
В
состоянии
динамического
равновесия
концентрация свободных зарядов в зоне проводимости должна быть
постоянной. Тогда dnсв= 0.
Так как концентрация nсв является функцией температуры и поля, то
dnсв=
du+
t
(2.8)
(2.9)
27
=
=
(2.10)
Подставив выражения (2.9), (2.10) в (2.8) получим
(2.11)
(2.12)
где – заряд электрона, k=1,3810-23Дж/К–постоянная Больцмана.
(2.13)
Будем считать, что потенциал и температура изменяются линейно
вдоль образца, тогда
α=
(2.14)
где Т1, Т2– температуры на концах образца, U1 , U2 - потенциалы на концах
образца.
Таким образом
α
(2.15)
28
где Tcp=
и α считается постоянными в интервале температур
ΔТ=Т2-Т1 ;k/e=86мкВ/К.
Если воспользоваться формулами для концентрации электронов
невырожденного полупроводника (2.6), (2.7), то можно выражение для
дифференциальной термо-эдс полупроводника записать в виде
(2.16)
где μp, μn– подвижности дырок и электронов.
Термо-эдс полупроводника определяется двумя слагаемыми, каждое из
которых соответствует вкладу, вносимому электронами и дырками, причем
эти слагаемые имеют противоположные знаки.
Для собственного полупроводника p = n = ni, EF = ΔE/2, ΔE = EV – EC и
термо-эдс равна
(2.17)
b = μn/ μp.
Выражения для термо-ЭДС (2.15.) и (2.17.) идентичны и показывают
линейную зависимость α(1/Т).
Откуда
можно определить ΔE,
которая
характеризует ширину запрещенной зоны для собственного полупроводника
29
Рис.
2.2.
Дифференциальная
термо-эдср-Si
концентраций акцепторов (бор) и компенсирующих
концентрацией.
30
для
различных
доноров (образцы с
Рис. 2.3. Дифференциальная термо-эдс n- и р-Ge (экспериментальные
и теоретические кривые) (Вертикальные стрелки определяют энергии Ферми
в единицах элементарного заряда.
Рис. 2.4. Устройство для термоэлектрического определения типа
проводимости полупроводника с помощью горячего зонда (показана
полярность для полупроводника n- типа; для полупроводника p-типа
полярность меняется.
31
Рис. 2.5. Дифференциальная термо-эдс меди высокой чистоты.
32
или энергию глубины уровня Ферми от края зоны.
(Cu ) и
полупроводников (Si и Ge) представлены на рис. 2.2, 2.3, 2.4.
Штриховые линии на рис. 2.5 соответствуют случаю Т= 2kT/e для
зарядов обоих знаков при учете рассеяния на акустических фононах
(r = - 1/2) и EF – EC = 0, т.е. для электронов в зоне проводимости в условиях
вырождения. Разность между экспериментальной кривой и штриховой
линией для одного из типов проводимости дает энергию Ферми в единицах
«е». Стрелки определяют эту энергию при произвольно
выбранной
температуре 275 К. Эти стрелки имеют почти одинаковую длину и
приблизительно
равны 0,3 В. Хотя образцы n- и p-типов
легированы
разными примесями и их энергии Ферми Fp и Fn нельзя сравнивать, сумма
Fn + Fp∼ΔEg для Ge, равна 0,7 эВ. Это также показывает, что
дифференциальная термо-эдс определяется энергией Ферми.
В случае вырожденного электронного газа в металле
(2.18)
На рис. 2.5 показано, что в области температур свыше 150К имеет
место
линейная зависимость дифференциальной термо-эдс от температуры
для меди.
2.2. Контроль температуры термозонда
Принцип
действия
описываемого
устройства
заключается
проводимости
горячий
в
следующем.
При
проведении
измерения
типа
зонд
приводится в контакт с поверхностью исследуемого объекта и от него
подается тепловое воздействие. При этом в системе зонд - исследуемый
33
объект происходят два тепловых процесса. Первый процесс соответствует
теплообмену при контакте двух тел, температура одного из которых
(подложки зонда) выше другого. Второй тепловой процесс вызван действием
импульсного источника тепла, помещенного в плоскости контакта двух тел.
В соответствии с принципом суперпозиции температурное поле в каждой
точке контактной поверхности будет определяться действием этих двух
теплообменных процессов. Но поскольку рабочая термопара на контактной
поверхности подложки находятся в абсолютно одинаковым условии по
отношению к первому теплообменному процессу, то их дифференциальное
включение исключает влияние этого теплового процесса на выходную
измерительную информацию. Температура
паяльника регулируется с
помощью потенциометра, а измеряется с цифровым термометром маркой
ТМ-902С (рис. 2.7). Данный термометр является сложным и чувствительным
прибором, его конструкция позволит вам пользоваться прибором в течение
многих
лет
при
условии
соблюдения
всех
необходимых
условий
эксплуатации.
Технические характеристики:
-50 до +750 °C
Недостатком данного устройства является наличие неучтенных потерь
в зоне измерения, обусловленных отводом тепла по электродам термопар.
Кроме того, устройство не обеспечивает постоянства усилия прижатия зонда
к исследуемому материалу, в результате чего возрастает случайная
составляющая общей погрешности результатов измерения от контактного
термо сопротивления, которое меняется от эксперимента к эксперименту.
34
Рис. 2.7. Цифровой термометр
35
Также недостатком данного устройства является что, термопару
установили ни на кончик термозонда, а не много выше (1 см). По этому
показание термометра это температура не кончика зонда. Но не смотря на это
мы можем контролировать температуру зонда.
36
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Определение толщины плёнок полученные термическим испарением
в вакууме
Получение пленок различных веществ термическим испарением
вещества в вакууме с последующей конденсацией его на подложке один из
самых старых, и в тоже время самых универсальных методов получения
тонкопленочных структур. Этот процесс состоит из трех процессов:
перевод вещества в газовую фазу (испарение), перенос паров от испарителя к
подложке и их конденсация на поверхности подложки с образованием пленки
необходимой толщины. Обычно такой процесс проводят в вакууме не
ниже
Па, чтобы избежать рассеяния потока за счет столкновения с
молекулами остаточных газов. Очевидно, что длина свободного пробега
испаряемых частиц ( ) должна быть соизмерима, или даже больше
расстояния между испарителем и подложкой или характеристических
размеров вакуумной камеры. Такой поток
называют молекулярным, так как
он распространяется по законам геометрической оптики. Его условия
характеризуются критерием Кнудсена:
(3.1)
Кратко рассмотрим основные характеристики этих процессов.
При испарении твердые или жидкие вещества могут переходить в
газофазное состояние по трем основным механизмам: а) испарение без
разложения; б) испарение с диссоциацией; в) спарение с разложением.
Толщина
полученных
образцов
определена
с
помощью
Микроинтерферометр Линника МИИ-4. Микроинтерферометр Линника
МИИ-4
предназначен
для
визуальной
37
оценки,
измерения
и
фотографирования высоты неровностей тонко обработанных поверхностей.
Принцип действия прибора основана явлении интерференции света. Для
получения двух систем волн, способных интерферировать, пользуются
разделением светового пучка (исходящего из одной точки источника света)
на
наклонной
плоскопараллельной
пластинке
о
полупрозрачным
делительным покрытием. В результате интерференции двух систем волн в
фокальной плоскости окуляра наблюдаются интерференционные полосы.
Разность
хода
интерферирующих
лучей
увеличивается и проходит все значения: , ,
от
центра
,
поля
и т.д., где
волны света. В точках поля, где разность хода равна
, 2 , 3
к
краям
— длина
и т.д., в
результате интерференции пучков получаются световые полосы, а в точках,
где разность хода равна
микроинтерферометра
,
,
наблюдаются
и т.д. темные полосы. В поле зрения
одновременно
интерференционные
полосы и исследуемая поверхность. Перемещение исследуемой поверхности
вверх или вниз не какую-нибудь малую величину вызывает изменение хода
лучей на двойную величину перемещения поверхности, так как свет
проходит это расстояние дважды. Изменение хода лучей в одной ветви
прибора вызывает изменение разности хода интерферирующих лучей, в
результате чего полосы в поле зрения смещаются. Если на исследуемой
поверхности имеется бугор или впадина, то в этом месте имеется разность
хода и, следовательно, полосы смещаются.
Технические характеристики:
• Диапазон измерения параметров шероховатости Rmax и Rz и толщины
пленок: 0,1...0,8 мкм
• Увеличение при визуальном наблюдении, 500 крат.
• Линейное поле зрения в пространстве предмета 0,3 мм.
• Габаритные размеры микроинтерферометра 300 х 300 х 420 мм
• Масса 30 кг.
38
Рис. 3.1. Интерференционной микроскоп МИИ-4.
\
Рис. 3.2. Изображение поля зрения в МИИ-4 и пример измерения
отсчетов при n=2.
39
Порядок работы на микроинтерферометре МИИ-4.
1. Включить лампу осветителя 2 (рис. 3.1) с помощью тумблера 12 на
трансформаторе 11 и положить на столик прибора 1 объект исследуемой
поверхностью вниз, причем, в поле зрения должна быть резкая граница
раздела пленки. Повернуть рукоятку 8 так, чтобы стрелка на ней стояла
вертикально.
2.
С
помощью
микрометрического
винта
сфокусировать
4
микроинтерферометр на исследуемую поверхность. Поворотом рукоятки 8
включить правую часть интерференционной головки 14 (стрелка должна
находиться в горизонтальном положении), при этом в поле зрения должны
быть видны интерференционные полосы.
3. С помощью микрометрического винта 4 добиться резкого
изображения
полос
и
исследуемой
поверхности.
Если
при
резкой
фокусировке на объект наиболее резкие и контрастные полосы получились
не в центре поля зрения, то следует отвернуть контргайку 13 и, вращая винт
9, привести полосы в центр зрения. Затем проверить фокусировку на
исследуемой поверхности и закрепить винт 9 контргайкой 13, Винтом 9к
контргайкой
разрешается
13
пользоваться
только
в
присутствии
преподавателя или лаборанта. Для получения большей контрастности полос
поворотом кольца 6 можно несколько уменьшить отверстие апертурой
диафрагмы.
4. Вращением винта 10 вокруг оси установить необходимый для
работы интервал между полосами. Поворотом винта 10 вокруг оси
интерференционной
головки
установить
интерференционные
полосы
перпендикулярно границе раздела пленки на доследуемой поверхности.
5. При правильной настройке микроинтерферометра в его поле зрения
должны
быть
одновременно
видны
исследуемая
поверхность
и
интерференционные полосы; изогнутые в местах, где проходят канавки,
царапины,
неровности,
граница
плевки
40
на
подложке,
причем,
интерференционные полосы необходимо ориентировать перпендикулярно к
направлению
царапин
или
границы.
Для
определения
неровности
необходимо измерить интервал между полосами N1 и N2, изгиб полос N3 и N4
и вычислить высоту неровности. Интервал между полосами определяется
числом делений шкалы барабанчика окулярного микрометра 3 (MOB-1-15).
На рис. 3.2 показан вид узкой полоски зрения прибора в увеличенном
масштабе я указано правильное расположение горизонтального штриха
перекрестия винтового окулярного микрометра при измерении. Первый
отсчет N1 производится по шкалам МОВ-1-15 при совмещении одной из
нитей перекрестия подвижной сетки с серединой полосы. Затем совмещают
эту же нить перекрестия о серединой следующей полосы (либо с серединой
любой другой полосы в этом случае необходимо зафиксировать число
интервалов n); таким образом, получают второй отсчет N2. Изгиб полос
также выражают в делениях шкалы барабанчика MOB-1-15. Одну из нитей
перекрестия сетки микрометра совмещают с серединой полосы и по шкале
MOB-1-15 отсчитывают значение изгиба. Затем нить перекрестия совмещают
о серединой той же полосы в месте изгиба и получают второй отсчет N4.
При работе в белом свете искривление в одну интерференционную
полосу соответствует высоте неровности на исследуемой поверхности,
равной 0.27 мкм. Высота неровности Н (в мкм) вычисляется по формуле:
(3.2)
где N1 - первый отсчет при измерении интервала между полосами;
N2 - второй отсчет при измерении интервала между полосами; N3 - первый
отсчет при измерении величины изгиба полосы; N4 - второй отсчет при
измерении величины изгиба полосы; n - число интервалов между полосами.
Изучение по указанной методике кремниевых плѐнок, полученных
термическим
осаждением
в
вакууме
41
на
кремниевые
подложки
с
противоположным типом проводимости, показало, что их толщины
составляют 2 - 6 мкм. Конкретные значение толщины зависит в каждом
случае от скорости осаждения и времени экспозици.
3.2. Определение типа проводимости полупроводниковых структур
полученных вакуумным осаждением
Чтобы проверит правильно работает ли данный лабораторный прибор
проведено измерение на эталонах. Таблица 3.1.
Таблица 3.1.
№
Марка эталона
Тип эталона
Определенный
тип
проводимости на приборе
1
КДБ-10
р-тип
р-тип
2
КЭС-0,01
n-тип
n-тип
3
КЭФ-20
n-тип
n-тип
4
КДБ-0.05
р-тип
р-тип
Лабораторная установка полностью собрана вручную. Вместо горячего
термозонда использован паяльник (1) мощностью 25 Вт, а холодный зонд (2)
- обычная медная проволока. Паяльник закреплѐн на свободно сгибаемую
стойку (3), внутри который проходит провод от паяльника, зонда и
термопары (4). Температура измеряется цифровым термометром ТМ-902С
(5). Концы зонда подключены к нуль-гальванометру (6), стрелка которого
отклоняется влево или вправо в зависимости от типа проводимости.
Полупроводниковые образцы устанавливаются на тексталитовой пластинке
(7), толщина которой
составляет 4 мм. Размеры 12х10 см, температура
паяльника регулируется регулятором напряжения (8). Рядом с регулятором
имеется индикатор питания зонда (9), который увеличивает интенсивность
свечения в зависимости от увеличения напряжения на горячем зонде.
42
Рис. 3.3. Внешний вид и блок схема лабораторного стенда.
43
Все эти элементы прибора расположены в одном корпусе из
алюкобонда (10). Общий вид лабораторного прибора показан на рис. 3.3.
Структуры для определения типа проводимости изготавливали на
установке термического вакуумного осаждения, схема которой приведена на
рис. 3.4. Плѐнки осаждали на подложках 1 испарением рабочего материала 4
при его разогреве электронным пучком до необходимых температур. Так,
плѐночные
Si
структуры
с
p-n
переходом
осаждали
испарением
монокристаллического кремния различных марок на поверхность подложек.
Температуру подложек варьировали в пределах от 750 К до 1100 К. Для
обеспечения необходимой чистоты получаемой плѐнки, то есть минимизации
еѐ загрязнения при осаждении примесей из остаточных газов,
был
реализован режим осаждения с высокими скоростями ~1мкм/мин. Время
осаждения плѐнок составляло в различных режимах всего от 1 до 5 мин, что
при вакууме не хуже 10-6 Торр являлось достаточным для обеспечения
необходимой степени их чистоты по неконтролируемым примесям.
Конструкция установки позволяла при помощи ионизатора 3 изменять
степень ионизации осаждаемого потока, а также варьировать энергию
бомбардирующих ионов. Были определены типы проводимости полученных
образцов в трѐх точках, результаты приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2.
№
1
Характеристика исследуемых
Точки измерения на исследуемом
элементов
элементе
n-тип
кремния
1
2
3
выращен
на
n-тип
n-тип
n-тип
выращен
на
p-тип
p-тип
p-тип
никелевой подложке
2
p-тип
кремния
44
никелевой подложке
3
n-тип
кремния
выращен
на
n-тип
n-тип
n-тип
выращен
на
p-тип
p-тип
p-тип
выращен
на n-тип
n-тип
n-тип
выращен
на p-тип
p-тип
p-тип
выращенный
на n-тип
n-тип
n-тип
p-тип
p-тип
титановой подложке
4
p-тип
кремния
титановой подложке
5
n-тип
кремния
стеклянной подложке
6
p-тип
кремния
стеклянной подложке
7
n-тип
кремния
подложке p-типа с маркой КДБ-0,05
8
p-тип
кремния
выращенный
на p-тип
подложке n-типа с маркой КЭС-0,01
45
1 - держатель подложек; 2,5 – катоды системы нагрева; 3 – ионизатор; 4 –
тигель; 6 – отражатель; U1-U4 – рабочие потенциалы.
Рис. 3.4. Структурная схема установки термического вакуумного
осаждения плѐнок.
46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработан и создан лабораторный стенд для определения типа
проводимости полупроводниковых структур с контролем температуры
термозонда.
2. Получены тонкослойные кремниевые пленки на различных подложках в
условиях высокого вакуума.
3. Определит тип проводимости полупроводниковых структур полученных
вакуумным осаждением.
4. Освоен принцип работы высоковакуумной установки для получения
тонкопленочных полупроводниковых структур.
5. Проведены тестовые исследования типа проводимости осажденных
полупроводниковых
плѐнок,
и
показана
удовлетворительная
работоспособность созданной установки и используемых методик.
47
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В настоящее время трудно назвать какую-либо область науки,
техники или промышленного производства, где бы ни применялись тонкие
пленки. Основными методами получения тонкопленочных слоев являются
термическое испарение в вакууме и распыление ионной бомбардировкой.
Технической
прогресс
ставит
своей
задачей
не
только
рост
производительности труда, но и создание безопасных и здоровых условий
труда и безопасность жизнедеятельности.
Необходимость соблюдения производственной гигиены предъявляет
жесткие требования к оборудованию при осуществлении комплексной
автоматизации технологических процессов. Особенно важна проблема
сохранения
чистоты
изделий
и
заготовок
на
протяжении
всего
технологического цикла, включая длительное межоперационное хранение.
Установлено, в частности, что при воздействии атмосферы почти все
поверхности вступают в реакцию с кислородом и парами воды, образуя
различные
химические
ухудшают,
например,
соединения.
условия
Образующиеся
сварки
и
окисные
увеличивают
пленки
переходное
сопротивление контактов. Чтобы избежать этого, изделия хранят жидкости,
адсорбция
подчеркнуть
которых
на
данных
поверхностях
необходимость
отсутствует.
соблюдения
Следует
основных
принципов производственной гигиены и санитарии. При работе с опасными
веществами регулярно должны проводиться медицинские осмотры персонала
лаборатории. Обслуживающий персонал должен тщательно соблюдать
правила производственной гигиены. Необходимо следить за тем, чтобы с
одеждой персонала в чистые помещения не заносилась пыль, поэтому
спецодежду шьют из безворсовых тканей. Хранят спецодежду, а также
личную одежду в индивидуальных шкафах, установленных в специально
отведенном месте. Для работающих в помещениях классов 3 и 2 установлены
следующие комплекты одежды: белые или цветные светлых тонов халаты из
48
хлопчатобумажной ткани, лавсана со штапелем; хромовые на кожаной
подошве тапочки; хлопчатобумажная
шапочка или косынка.
Чтобы
исключить попадание жировых загрязнений на изделия и детали, работники
полупроводникового
производства
должны
пользоваться
резиновыми
напальчниками, перчатками и пинцетами. От работающих требуется
правильное ношение спецодежды, своевременная ее стирка и чистка,
периодическое мытье рук, а также протирка рук, рабочего места и
инструмента
спиртом,
соблюдение
технологической
дисциплины
и
ограниченное движение в производственных помещениях. Изготовленные
детали, полуфабрикаты и собранную арматуру приборов необходимо хранить
в специальной таре или вакуумных шкафах. Температура и влажность
воздуха должны быть постоянными и соответствовать установленным
нормам [24].
Обеспечение безопасности при эксплуатации лабораторного прибора
для определения типа проводимости полупроводниковых структур
Разработанный
лабораторный прибор
работает от сети 220 В,
промышленной частоты 50 Гц. Для обеспечения электробезопности все
электрические
провода
расположены
внутри
корпуса
прибора,
и
изолированы от него. Места спаек изолированы изолентой. На установке
использован гальванометр, который чувствителен к высокочастотным
помехам
и
механической
вибрации.
Температура
зонда
измеряется
термометром марки ТМ-902С, чувствительным к температуре в помещении.
Исследуемые полупроводниковые плѐнки получены с помощью установки
термического вакуумного осаждения. Тип проводимости полученных
образцов определялся разработанным лабораторным прибором.
В
вакуумных
лабораториях
оборудование
размещается
в
соответствии с установленными нормами. При установке оборудования
49
предусматриваются необходимые проходы для безопасного передвижения
работников, обслуживания и текущего ремонта оборудования. Размещение
оборудования соответствует последовательности этапов технологического
процесса и обеспечивает кратчайший путь обрабатываемых деталей. В
зависимости от назначения оборудования к нему подводятся электрический
ток, сжатый воздух, горячая и холодная вода, а также подключается
канализация.
Обеспечение электробезопасности
Все
доступные
электрооборудования
неэлектропроводных
кожухами.
и
оборудования,
прикосновения
электроустановок
материалов
Запрещается
неизолированные
для
концы
или
электроустановок,
ограждены
заземленными
оставлять
проводов
токоведущие
на
стенах,
или
кабелей
осветительной
части
кожухами
из
металлическими
полу,
после
колоннах
демонтажа
арматуры.
Все
электрооборудование, подключенное к электросети, а также оборудование и
механизмы, которые могут оказаться под напряжением надежно заземлены
или занулены. Электропроводка и арматура силовой и осветительной сети
изолированы и защищены от влияния высокой температуры, механических
повреждений и химических воздействий.
Также в местах, где возможно образование статического электричества
должны быть предусмотрены заземляющие устройства для его свободного
стекания в землю.
Опасные и вредные последствия для человека от воздействия
электрического тока, электрической дуги, электрического и магнитного
полей, электростатического поля и ЭМИ проявляются в виде электротравм,
механических повреждений и профессиональных заболеваний. Степень
воздействия зависит от экспозиции фактора, в том числе: рода и величины
напряжения и тока, частоты электрического тока, пути тока через тело
50
человека,
продолжительности
воздействия
электрического
тока
или
электрического и магнитного полей на организм человека, условий внешней
среды.
Средства защиты, предназначенные для обеспечения
электробезопасности
Электроустановки укомплектовываются испытанными, готовыми к
использованию защитными средствами, а также средствами оказания первой
медицинской помощи в соответствии с действующими нормами и
правилами. Средства защиты делятся на следующие классы:
средства защиты от электрических полей повышенной напряженности
(коллективные и индивидуальные);
средства защиты от поражения электрическим током (электрозащитные
средства);
средства индивидуальной защиты.
К электрозащитным средствам относятся:
изолирующие штанги; указатели напряжения всех видов и классов;
бесконтактные сигнализаторы наличия напряжения;
изолированный инструмент;
изолирующие и электроизмерительные клещи;
диэлектрические перчатки, боты и галоши, ковры, изолирующие
подставки;
защитные ограждения (щиты, ширмы, изолирующие накладки,
колпаки);
переносные заземления;
устройства и приспособления для обеспечения безопасности труда при
проведении испытаний и измерений в электроустановках;
плакаты и знаки безопасности;
51
прочие средства защиты, изолирующие устройства и приспособления
для ремонтных работ под напряжением в электроустановках 110 кВ и выше).
Из класса электрозащитных средств выделяются изолирующие
электрозащитные средства, которые в свою очередь подразделяются на:
основные и дополнительные.
Основные электрозащитные средства: электрозащитные средства в
электроустановках выше 1000 В (изолирующие штанги, изолирующие и
электроизмерительные
клещи,
указатели
напряжения,
устройства
и
приспособления для обеспечения безопасности при проведении испытаний и
измерений
в
электроустановках);
электрозащитные
средства
в
электроустановках до 1000 В (изолирующие штанги, изолирующие и
электромагнитные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки,
изолированный инструмент).
Дополнительные
электрозащитные
средства:
электрозащитные
средства в электроустановках выше 1000 В (диэлектрические перчатки,
диэлектрические боты, диэлектрические ковры, изолирующие подставки и
накладки, изолирующие колпаки, штанги для переноса и выравнивания
потенциала); электрозащитные средства в электроустановках до 1000 В
(диэлектрические калоши, диэлектрические ковры, изолирующие подставки
и накладки, изолирующие колпаки).
Электротравмы возникают в результате воздействия на организм
человека электрического тока большой силы, а также разряда атмосферного
электричества (молнии). Поражение током может произойти как при
непосредственном контакте с источником тока (прямое поражение), так и
при возникновении дугового контакта, когда человек находиться вблизи от
электроустановки, имеющей напряжение 1000 вольт и выше, особенно в
помещениях с повышенной влажностью воздуха. Электрический ток
вызывает общие и местные нарушения в организме: потерю сознания,
судороги, остановку сердца и дыхания, ожоги. Следует помнить, что из-за
воздействия тока у пострадавшего происходит спазм голосовых связок, и
52
поэтому он не может крикнуть и позвать на помощь. Если воздействие тока
не прекратить, то через несколько минут, в результате возникшей гипоксии, у
пострадавшего может остановиться сердце. Состояние пострадавшего в
момент электротравмы может быть настолько тяжелым, что внешне он
может мало, чем отличаться от умершего: широкие, не реагирующие на свет
зрачки, бледная кожа, отсутствие дыхания и пульса. Это состояние получило
название ―мнимая смерть‖. При оказании первой помощи первое, что
необходимо сделать это прекратить воздействие электрического тока на
организм: выключить рубильник, перерубить провод топором с деревянной
ручкой или отбросить провод сухой палкой (предметом, не проводящим ток).
При всем этом, самое главное принять меры самозащиты, чтобы не получить
смертельное поражение током. Под ноги себе необходимо положить
изолирующий материал, а при наличии резиновых перчаток и калош –
обязательно
ими
незащищенными
воспользоваться.
руками
при
не
Прикосновение
отключенном
к
пострадавшему
электрическом
токе
недопустимо. После отключения пострадавшего от тока, необходимо
немедленно приступить к его оживлению. Для этого применяется метод
искусственного дыхания ―изо рта в рот‖ или ―изо рта в нос‖, сочетая его с
закрытым массажем сердца, до полного восстановления функции дыхания и
работы сердца. Сам процесс оживления может занять несколько часов, как
правило, не менее двух. Затем пострадавшего следует отвезти в ближайшее
лечебное учреждение. Также по возможности необходимо тщательно
осмотреть
тело
пострадавшего.
Все
местные
повреждения
следует
обработать и закрыть повязкой, как при ожогах. Транспортировать
пострадавшего необходимо в лежачем положении, при этом внимательно
следя за его состоянием, так как при транспортировке у него возможна
повторная остановка дыхания и сердца.
Пожарная безопасность
53
В качестве средств местного пожаротушения применяются химические
пенные огнетушители, но они не пригодны для тушения электроустановок,
находящихся
под
напряжением,
так
как
пена
обладает
свойством
электропроводности. Эффективным химическим средством тушения огня
является углекислота. При быстром испарении углекислоты образуется
снегообразная масса, которая, будучи направлена в зону пожара, снижает
концентрацию кислорода и охлаждает горящее вещество.
Для ликвидации небольших пожаров и загорания в лаборатории
используют первичные средства: передвижные и ручные огнетушители,
переносные огнегасительные установки, внутренние пожарные краны, ящики
с песком, асбестовые покрывала, противопожарные щиты с набором
инвентаря и др. Ручные углекислотные огнетушители типов ОУ-2, ОУ-5 и
ОУ – 8. При организации пожарной охраны объектов применяются средства
пожарной
сигнализации
и
средства
оповещения
о
пожаре.
При
проектировании и строительстве зданий предусмотрены пути эвакуации
работающих на случай возникновения пожара в соответствии с планом
эвакуации.
Для
индивидуальные
газодымозащитный
защиты
органов
средства
–
комплект ГДЗК,
дыхания
человека
самоспасатели
СПИ-20
и
применяются
типа
СПИ-50.
капюшон
Применяя
самоспасатели можно не только надежно предохранить органы дыхания и
глаза от дыма и токсичных газов, уберечь от искр и открытого огня голову,
лицо и волосы, но и помочь другим людям покинуть горящее помещение. На
лабораторий существует газодымозащитный комплект ГДЗК, и СПИ-20,
песок, пенные огнетушители и т.п [25].
Оказание первой медицинской помощи при ожоге
Термические
ожоги
возникают
от
воздействия
высокой
температуры на кожу и подлежащие ткани. Термические ожоги могут носить
массовый характер, например, при пожарах и авариях. Особую опасность
54
несут ожоги, причиненные открытым пламенем, так как в данном случае
возможно поражение верхних дыхательных путей и значительной части тела.
Чем обширнее ожог, тем тяжелее общее состояние пострадавшего, и тем
хуже прогноз на выздоровление. Клиническими признаками поражения
верхних дыхательных путей являются ожог лица, наличие обожженных
волос на лице или в носовых ходах, выделение мокроты, содержащей сажу, а
также респираторный дистресс - индромом или свистящее дыхание. Все
термические ожоги условно подразделяют на легкие и тяжелые. Тяжелыми
принято считать ожоги, занимающие не менее 10% поверхности тела, при
которых у пострадавшего может развиться так называемая ожоговая болезнь.
В зависимости от глубины поражения тканей выделяют ожоги I, II, III а, IIIб, и
IV степени.
Лечение ожогов III - IV степени обычно требует проведения кожной
пластики. Основное значение в тяжести состояния пострадавшего в первые
часы после получения ожога имеют размеры ожоговой поверхности,
поэтому, сразу же при оказании первой помощи, необходимо определить их
величину, хотя бы приблизительно.
Оказывая первую помощь при ожоге,
нельзя забывать о том, что она должна быть экстренной, особенно в тяжелых
случаях. Прежде всего, необходимо прекратить действия поражающего
фактора: немедленно погасить пламя, сорвать с пострадавшего горящую
одежду, накрыть его чем-либо, препятствующим доступу воздуха – одеялом,
пледом, плащом; убрать тлеющие вещи. Пострадавшего следует немедленно
эвакуировать на свежий воздух (если пожар произошел в помещении). Если
полости рта и носа пострадавшего забиты пеплом или сажей, их немедленно
очищают пальцами, обернутыми мокрой материей. В случае, если
пострадавший находится в бессознательном состоянии, необходимо принять
меры, предупреждающие западание корня языка, тем самым, предотвращая
возможную смерть от удушья. Если пострадавший находиться в сознании, и
отсутствуют признаки повреждения органов в области живота, то его нужно
заставить выпить до 5 литров теплой воды (несмотря на возможную рвоту и
55
чувство переполнения в желудке), растворив в каждом литре по 1 столовой
ложке поваренной соли и 1 чайной ложке питьевой соды. Прилипшие к коже
обгоревшие остатки одежды ни в коем случае нельзя снимать, отдирая их
тела! Нужно наложить на них повязку, используя стерильный бинт, а если
его нет, то из полос полотняной материи, предварительно проглаженной
утюгом. При обширных ожогах пострадавшего завертывают в чистую ткань
или простыню. Если позволяют условия и ожог без нарушения целостности
ожоговых пузырей, то обожженный участок в течение 15 минут промывают
под струей холодной водопроводной воды. Это оказывает обезболивающее,
а, следовательно, противошоковое действие и позволяет в определенной мере
―оживить‖ обожженные кожные ткани. Струя холодной воды поможет также
отмочить прилипшую к коже одежду. После просушивания поврежденной
поверхности тела стерильными салфетками или хорошо проглаженной
льняной или хлопчатобумажной тканью, на ожог накладывают сухую
асептическую повязку. Мазевые повязки при оказании первой помощи не
применяются, так как всяческое загрязнение раны должно быть сведено к
минимуму.
С
целью
обезболивания
пострадавшему
дают
анальгин
(пенталгин, темпалгин, седальгин). При больших ожогах пострадавший
принимает 2-3 таблетки ацетилсалициловой кислоты (аспирина) и 1 таблетку
димедрола.
Для
местного
лечения
небольших
ожогов
применяют
многокомпонентные аэрозоли (левовинизоль, пантенол, олазоль, ливиан),
также эффективно использование настоя травы зверобоя. После оказания
первой медицинской помощи, пострадавшие (особенно находящиеся в
тяжелом состоянии) должны быть немедленно доставлены в лечебное
учреждение.
56
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Объем инвестиции на покупку материально-производственных запасов.
№
Наименование
№
Количество Цена
материалов
НДС
Стоимость
материала
материала
за единицу
с
учетом
НДС
1
Корпус
2
Термометр
3
4
5
-
Гальванометр
Тексталит
Медная проволока
15000
3000
18000
1
22000
4400
26400
1
6000
1200
7200
1
4000
800
4800
1
2000
400
2400
6
Керамика
2
500
200
700
7
Регулятор
1
1600
320
1920
напряжения
8
Индикатор
1
1300
260
1560
9
Стойка
1
5000
1000
6000
10
Блок питания
1
7500
1500
9000
11
Провода
5
1300
1300
2600
Итого
80580
Объем инвестиции на покупку малоценного инвентаря и контрольноизмерительных приборов.
Наименование
№
Количество
№
Цена за НДС
Общая
единицы
учетом НДС
1
Вольтметр
-
7000
1400
8400
2
Амперметр
-
5000
1000
6000
57
стоимость
с
3
Шуруп
4
Комплект
20
100
400
500
-
2000
400
2400
3
500
300
800
шурупов
5
Болты
6
Паяльник
-
20000
4000
24000
7
Тестер
-
12000
2400
14400
8
Включатель
-
1500
300
1800
9
Краска
-
6000
1200
7200
10
Наконечник
-
4000
800
4800
Итого
70300
Стоимость основных фондов.
№
Наименование основных фондов Количество
Стоимость ОФ
№
1
Лаборатория
145000
2
Оборудование
70300
3
Итого
215300
Амортизационные отчисления составляет 20% от стоимости ОФ
АОТЧ.=0,2*ОФ
АОТЧ.=(0,2*215300)/12=3588,3 сум
Затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание 12% от
стоимости ОФ
Рm=0.12*ОФ
58
Рm=0.12*215300=25836
Расчет заработной платы производственных рабочих.
Наименование операции
Должность
Число
Средняя
Объем
дней
заработная
сделанной
плата за день работы
Выбор
темы
на
СНС
1
15000
15000
анализ
МНС
2
7050
14100
МНС
2
7050
14100
Занесение плана лекции
МНС
3
7050
21150
Откладка программы
МНС
1
7050
7050
МНС
2
7050
14100
Выявление ошибок
МНС
2
7050
14100
Исправление ошибок
МНС
2
7050
14100
Экономическая часть
МНС
2
7050
14100
СНС
1
15000
15000
МНС
2
7050
14100
СНС
1
15000
15000
СНС
1
15000
15000
МНС
1
7050
15000
разработку
Изучение
и
литератур по теме
Разработка
интерфейса программы
Тестирования
комплекс программы
Охрана труда
Разработка
пояснительной записки
Рецензирование
Оформление
и
защита
дипломного проекта
Итого
24
59
201000
Основная заработная плата определяется как сумма оплаты труда всех
рабочих и премии в размере 40%
ЗОСН=СОТ*0,4+СОТ
ЗОСН=201000*1,4=281400
Дополнительная заработная плата производственных рабочих берется
10% от основной заработной платы
ЗД=КД*ЗОСН
ЗД=0,1*281400=28140
Фонд оплаты труда определяется как сумму основной дополнительной
заработной платы
ФОТ=Зосн+ Зд
ФОТ=281400+28140=309540
Затраты на социальные страхование рассчитывается 25% от ФОТ
ОФСС=25%*ФОТ
ОФСС=0,25*309540=77385
Транспортные расходы рассчитывается 20% от Зосн
Ртр=0,2* Зосн
60
Ртр=0,2*21400=56280
Расход пара на производственные нужды
Х=длина=4
Y=ширина=4
V=16*663.05=10608.8 сум
Расходы на электроэнергии определяется по формуле
W=N*T*S
Где:
N – установленная мощность, кВт
T – время работы
S – стоимость электроэнергии за кВт
W=1*144*112,20=16156,8 сум
Объем инвестиции определяется по формуле
К=МПЗ+ФОТ+Аоф+ΣР
К=8050+309540+3588,3+85198,6=478906,9 сум
Смета затрат на проведение разработки
№
Наименование статей затрат
сумма
1
Стоимость выполненных работ
579290,854
2
Затраты на производство
440992,965
61
3
Производственная себестоимость
41003,965
4
Расходы периода
30954
5
Материальные затраты
107345,6
6
Сырьѐ
80580
7
Электроэнергия + отопления
26765,6
8
ФОТ
309540
9
Социальное страхование
77385
10
Амортизация
3588,3
11
Прочие затраты
12
Основная заработная плата
19525,6
201000
Расчет экономической эффективности выполненных работ
№
Наименование
показателей
Стоимость
1
Ед.
Сумма
примечание
измерения
Сум
573290,854
Таблица
Сум
440992,965
Таблица
выполненных работ
Затраты на
2
производство
Инвестиции
3
Сум
478906, Формула
9
Экономическая
4
Сум
132297,88
Формула
эффективность
5
Срок окупаемость
Месяц
3,6
Формула
6
Рентабельность
%
28
Формула
Экономическая эффективность определим по формуле
Э= (С1- С2)*Q
Где:
С1 и С2 - себестоимость до и после
62
С1=1,3*С2
Q – объем производство
Э=132297,88 сум
Рентабельность определим по формуле
R=(Э/К)*100%
R=(132297,88/478906,9)*100%=28
Определяем срок окупаемости
Ток=К/Э
Где:
Э - экономическая эффективность
К – капитал
Ток=478906,9/132297,88=3,6
63
ЛИТЕРАТУРА.
1. Покутний
С.И.
Экситонные
состояния
в
квазинульмерных
полупроводниковых наносистемах // Физика и техника полупроводников,
2012, том 46, вып. 2. Р. 174 – 179.
2. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая
школа, 1987.
3. Н.И. Слипченко,
В.А. Антонова,
О.В. Бородин,
Ю.О. Гордиенко.
Материалы электронной техники. Учеб. пособие – Х.: ХТУРЭ, 2001.
4.
http://www.dissercat.com/content/lyuminestsentnye-i-fotoelektricheskiesvoistva-piroliticheskikh-plenok-sulfida-kadmiya-chist#ixzz2VQuCy9Ek
5. Бонч-Бруевич В.Л, Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.:
Наука, 1977.
6.
http://elibrary.ru/item.asp?id=9192302
7. Горелик С. С., Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и
металловедение, М., 1973.
8. Нашельский А. Я., Технология полупроводниковых материалов, М., 1987.
9. Мейлихов Е. 3., Лазарев С. Д., Электрофизические свойства
полупроводников, (Справочник физических величин), М., 1987.
10. Ю. Н. Кузнецов, А. Ю. Малинин. Кристаллохимические, физикохимические и физические свойства полупроводниковых веществ, М.,
1973. 3 и С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 12, М., 1984.
11. Гаман В. И. физика полупроводниковых приборов, Учебная пособие.
Томск. 1989.
12. А. А. Афонский, В. П. Дьяконов, Электронные измерения в
нанотехнологии и в микроэлектронике Под ред. проф. В. П. Дьяконова,
Москва, ДМК пресс, 2011.
13. Воробьев Ю.В., Добровольский В.Н., Стриха В.И. Методы исследования
полупроводников. – Киев: Высш. шк., 1988.
14. 3и С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 1-2, М.,
1984.
15. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам под.
ред. К. В. Шалимовой К. В. М.: Высшая школа 1967. с. 463.
16.
Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии / Пер. с анг. под. ред. Ю. И.
Головина. – М.: Техносфера, 2004. – 376 с.
17. http://www.intuit.ru/studies/courses/1041/218/lecture/2990?page=3
18. В.К. Кирилловский, Т.В. Точилина ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Учебное пособие по лабораторному практикуму Санкт-Петербург 2009.
64
19. Б. М. Абдурахмонов, М. М. Адилов, М.Х.Ашуров, Х.Б.Ашуров, Б. Л.
Оксенгендлер. Препринт Р-8-693. Ташкент: Институт ядерной физики АН
РУз, 2010. 36 с.
20. [email protected], [email protected]
21. Иванов П.А., Левинштейн М.Е., Мнацаканов Т.Т., Palmour J.W., Agarwal
А.К. // Физика и техника полупроводников, 2005. Т. 39, Вып. 8.-с. 897-813.
22. Б.М.Абдурахмонов,
М.М.Адилов,
М.Х.Ашуров,
Х.Б.Ашуров,
Б.Л.Оксенгендлер. Препринт Р-8-693. Ташкент: Институт ядерной физики
АН РУз, 2010. 36 с.
23.http://www.techno.edu.ru
24.Безопасность жизнедеятельности: Учебн. /Под ред. С. В. Белова. – М.:
Высшая школа, 2009. – 448 с.
25. Безопасность
жизнедеятельности.
Безопасность
технологических
процессов и производств (Охрана труда). Учебн. пособие для вузов
/Юлдашев О.Р., Кудратов О.К. и др. – Т.: Укитувчи, 2009. - 318 с.
65
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа