ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время принцип действия большинства серийно выпускаемых и разрабатываемых машин, механизмов, приборов и устройств в области электронной техники основан на физических закономерностях, известных много десятилетий. Даже основы создания наноразмерных приборов, которые, как предполагается, будут приоритетно развиваться в начале XXI в., были заложены в 50-х гг. XX в. изобретением Мюллером ионного микроскопа. В то же время развитие электронной техники в значительной мере определяется прогрессом в создании новых конструкционных и функциональных материалов, технологий их производства, а также методов и приборов для исследования и анализа материалов.

На этапе зарождения электроники в начале XX в. круг конструкционных и функциональных материалов был весьма ограничен. Для производства первых электронных устройств — электронных ламп — были использованы стекло (колба ламп), вольфрам (катод ламп), медь или железо (анод ламп), а для изготовления сеток применяли вольфрам, молибден или никель. По мере развития электроники не только расширялся круг материалов и технологий, используемых при производстве электронных приборов (германий, кремний, полупроводниковые соединения, планарные технологии), но изменился сам подход к выбору конструкционных и функциональных материалов, а также технологий изделий радиоэлектроники. В настоящее время выбор материалов, используемых при производстве изделий радиоэлектроники, основан на физических моделях функционирования конкретного изделия и органично связан с методами контроля качества, системами обеспечения типового конструирования изделий и их серийного производства.

Разработка и освоение серийного выпуска новых конструкционных и функциональных материалов во многом стали возможны благодаря научным достижениям в физическом материаловедении, физике поверхности, металлургии, а также в областях химического синтеза, технологий композиционных материалов, специальных методов исследования и испытания материалов и т.д. На рисунке 1 приведена упрощенная схема, иллюстрирующая современную систему разработки и освоения серийного выпуска изделий электронной техники.

В настоящее время в электронике нашли применение сотни конструкционных и функциональных материалов различных типов и назначения. Однако, несмотря на большое разнообразие материалов электронной техники, определенная систематизация принципов разработки материалов с заданными свойствами и соответствующих

з технологических процессов возможна на базе физико-химического подхода, истоки которого восходят к трудам Д. И. Менделеева и были развиты Н.С. Курнаковым, Е.М. Савицким и другими выдающимися учеными. Основой физико-химического подхода к созданию материалов с заданными свойствами является научное положение, согласно которому свойства материала однозначно определяются его структурой, химическим и фазовым составом, а также технологической предысторией материала. Данное научное положение является обобщением огромного объема экспериментальных результатов, накопленных в материаловедении за десятилетия его развития.

Упрощенная система разработки изделий радиоэлектроники

Рис. 1. Упрощенная система разработки изделий радиоэлектроники

Сегодня большое число монографий и учебных изданий посвящено детальному рассмотрению отдельных вопросов, отраженных на рис. 1. Однако, на наш взгляд, имеется определенный дефицит в изданиях, охватывающих вопросы материаловедения и базовых технологий электроники с единых физико-химических позиций. Этот дефицит и призвана восполнить данная книга.

В первой части рассмотрены основы физического материаловедения в рамках физико-химического подхода к данной области знаний. Приведена классификация типов фазовых состояний материалов и диаграмм состояния материалов; свойства материалов рассмотрены с позиций их структурной чувствительности или нечувствительности в соответствии с основными положениями физико-химического анализа материалов. Рассмотрены вопросы фазовых превращений в материалах и методы управления структурой и свойствами материалов.

Во второй части рассмотрены вопросы классификации материалов и основные типы конструкционных и функциональных материалов электроники, включая металлы и сплавы, полупроводниковые, керамические, сегнетоэлектрические и диэлектрические материалы, а также материалы с особыми свойствами. Приведены классические методы исследования структуры, химического и фазового состава материалов; методы построения диаграмм состояния материалов, а также методы статических, динамических и специальных испытаний материалов.

В третьей части рассмотрены важнейшие технологии получения металлических материалов, порошков металлов и сплавов, плазменные технологии получения нанопорошков металлов, оксидов и нитридов металлов, технологии диэлектрических и сегнетоэлектрических материалов, технологии обработки материалов, базовые технологии микроэлектроники. Рассмотрены вопросы газовакуумного обеспечения технологий микроэлектроники и специальные методы контроля параметров полупроводниковых материалов и структур, которые, по существу, являются методами контроля дефектов и примесных элементов в полупроводниковых материалах.

Четвертая часть посвящена аналитическим методам исследования материалов электронной техники. Из большого числа методов анализа материалов подробно рассмотрены методы анализа структуры, химического и фазового состава поверхности и приповерхностной области материалов ввиду их высокой информативности при разработке материалов для микроэлектроники и микроэлектронных устройств. В частности, рассмотрены методы электронной, ионной, фотонной спектроскопии применительно к анализу структуры, химического и фазового состава материалов электронной техники.

В настоящее время для обозначения физических величин общепринята международная система СИ. Тем не менее спецификой отдельных инженерных дисциплин в России является использование некоторых внесистемных единиц измерения. К тому же имеется большой объем ранее изданной литературы, прежде всего справочной, в которой надежно и достоверно измеренные значения физических и физико-химических свойств материалов представлены во внесистемных единицах. Поэтому авторы сочли необходимым привести некоторые важные соотношения системных и несистемных единиц для отдельных физических свойств материалов (табл. 1).

Таблица 1

Соотношения системных и несистемных единиц измерения для некоторых физических величин

Физическая величина

Несистемные единицы

Единицы в системе СИ

Размер

1 А

0,1 нм

Твердость НВ, HV

1 кг/мм2

0,1 МПа

Предел прочности, cR

1 кг/мм2

0,1 МПа

Давление

1 тор

133 Па

Работа выхода, ср

1 эВ

1,6-10’19 Дж

Индукция магнитного поля, В

1 Гс

104 Тл

Удельное электросопротивление, р

1 мкОм-см

10'8 Ом-м

Теплоемкость, с

1 кал/моль-°С

4,19 Дж/моль-°К

Натекание

1 тор-л/с

0,133 Вт

Плотность, d

1 г/см3

103 кг/м3

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >