Получение защитных пленок

Известны следующие методы получения защитных пленок:

- защита окислением SiO₂ на Si;

- анодное окисление в жидком электролите и окисление в газовой плазме (SiCl₄ + 3O₃ → SiO₂ + 2Cl + 2O₂);

- нанесение пиролитического окисла (на Ge защитная пленка SiO₂) методом термического разложения органооксисиланов, например, тетраэтоксисилана – Si(OC₂H₅)₄ (t_кип = 167 ^оС);

- метод окисления моносилана при температуре 150 ^оС: SiH₄ (1 часть) + О₂ (3 части) → SiO₂ + 2Н₂;

- защита пленками нитрида кремния (Si₃N₄): получение пленки на Si путем нагрева его при 1 100 – 1 300 ^оС в атмосфере N₂: 3Si + 2N₂ → Si₃N₄; реакция взаимодействия силана (SiH₄) c NH₃ при 700 – 1 100 ^оС: 3SiH₄ + 4NH₃ → Si₃N₄ + 12H₂; реакции SiCl₄ c NH₃: SiCl₄ + 6 NH₃ → 20 – 25 ^оС → →Si(NH)₂ + 4NH₄Cl; 6(Si(NH)₂)_x + NH₃ → 400 ^oC → 2(Si₃(NH₃)N₂)_x + +NH₃ → 650 ^oC → (Si₂(NH)N₂)_x + NH₃ → 1 250 ^oC → 2αSi₃N₄; реакция взаимодействия SiH₄ с N₂H₄ (гидразин): SiH₄ + N₂H₄ = Si(NH)₂ + 3H₂, Si(NH)₂ = (SiN₂)NH + + NH₃, 3(SiN₂)NH = 3Si₃N₄ + NH₃; реакция взаимодействия SiBr₄ c N₂: 3SiBr₄ + 2N₂ → 960 ^oC → Si₃N₄ + 6Br₂.

Защита с помощью легкоплавких стекол сопровождается следующими факторами: слой стекла (пластмассы) связывает мигрирующие ионы, что способствует улучшению стабильности (надежности) прибора во времени; он герметизирует активные элементы от внешних воздействий; слой стекла защищает также часть металлических вводов (для укрепления структуры прибора; он действует как геттер металлических ионов, оставшихся на поверхности кристалла.

Применяются следующие составы и технологии обработки защитных стекол:

- халькогенидное стекло (As – 24 %, S – 67 %, I – 9 %), готовится в нейтральной атмосфере при 500 – 600 ^оС, наносится на кристалл при 250 – 300 ^оС в течение 1 мин;

- стекло, состоящее из модификатора, кремнезема и солей борной борной кислоты: модификаторы (40 %), Al₂O₃ – 5 – 24 %, Zn или Cd;

- стекло состава SiO₂ (80 %), B₂O₃ (14 %), W (6 %) наносят на кристалл путем испарения при 2 000 ^оС, пленка имеет большую механическую прочность и высокую стойкость к термоциклированию при -196 – +100 ^оС без появления трещин;

- пленка стекла, создаваемая в течение 1 – 3 ч при 400 – 700 ^оС в среде, содержащей О₂, пары окислов или галоидов Pb, Sb и других металлов, атомы Pb и Sb внедряются в решетку O – Si – O (или O – Ge – O), ослабляют межатомные связи и ускоряют процесс окисления поверхности стекла с образованием пленки;

- из порошкообразного стекла (50 % PbO, 40 % SiO₂, 10 % Al₂O₃ – для Si-приборов; 60 % PbO, 30 % SiO₂, 10 % Al₂O₃ – для Ge-приборов) делают суспензию в дистиллированной Н₂О, наносят на поверхность и покрытие сплавляют при 1 000 ^оС (наносят методом центрифугирования или осаждением из паровой фазы);

- то же, что и в предыдущем пункте, но делают стекло состава: 70 % SiO₂, 20 % B₂O₃, 7,8 % Li₂O, Na₂O или K₂O, 5 % Al₂O₃ или PbO, термообработка при 300 ^оС в течение 15 мин – образуется стеклообразная пленка толщиной 1 мкм, затем на нее путем разложения этилокремниевой кислоты наносят SiO₂ и далее проводят сплавление при 700 – 900 ^оС, при этом получают стеклянную пленку состава: 80 % SiO₂, 18 % B₂O₃, 2 % щелочных металлов и окислов Al₂O₃ или PbO;

- более эффективны боратные стекла в системе SiO₂ – ZnO –B₂O₃, например: SiO₂ (22 – 25 %) + борат цинка (32 – 38 %) +Al₂O₃ (12 – 20 %) + + ZnO (15 – 30 %), ТКЛР = 38∙10^-7 град^-1 (0 – 300 ^оС), t = 700 ^оС, толщина пленки 1 – 20 мкм.

Задания для самостоятельной работы

1. Методы получения защитных пленок.

2. Составы защитных пленок из легкоплавких стекол.

3. Технология обработки защитных стекол.

Дата добавления: 2014-11-25