6. “Яримўтказгичлар физикаси” фанидан маъруза матнлари

ЯРИМŒТКАЗГИЧ ҚУЙМА ВА ПЛАСТИНАЛАРГА
МЕХАНИК ИШЛОВ БЕРИШ

Яримœтказгич материалларнинг кœпчилиги (кремний, германий, галлий арсениди ва фосфиди) нотœђри шаклдаги цилиндрсимон монокристаллар кœринишида олинади. Уларнинг œлчамлари, масалан кремний учун, диаметри 150 мм ва узунлиги 100 мм ва ундан катта бœлиши мумкин.

Якуний босқичда пластиналар ва кристалларнинг œлчамлари пластина диаметрига бођлиқ ҳолда 0,2-0,7 мм, кристалл юзаси 0,1 дан 25-30 мм² гача (заряд алоқали асбоблар учун 25-35 см² гача) оралиқда œзгариши мумкин.
Яримœтказгичлар технологиясида пластина ва кристаллар сиртининг сифатига жуда қаттиқ талаблар қœйилади. Улар қуйидагилардан иборат:

1. 
   Пластинанинг œртача қалинлик қиймати паспорт ва техник ҳужжатларида 200 мкм деб кœрсатилганда, ушбу пластиналарнинг қалинлиги қиймати номиналдан ± 3 мкм дан кœп фарқ қилмаслиги керак.
   
2. 
   Пластинанинг кристаллографик текислиги йœналтирил-ганлигининг аниқлиги 30-60 оралиђида жойлашиши керак. Биқутбий технологияда [111] ва МДЯ-технологияда [100] текисликлар бœйича кесилган кристаллар энг кœп ишлатилади.
   
3. 
   Пластинанинг диаметри бœйича пластина ясси параллеллигининг текисликдан четланиши ± 1 мкм дан кœп бœлмаслиги керак. Аммо, диаметри 80-110 мм ва ундан ортиқ бœлган пластиналарга œтилганда, ушбу талабнинг бажарилиши жуда қийинлашади.
   
4. 
   Механик бузилган қатламни минимумга келтириш ёки уни бутунлай йœқотиш керак. Бу талаб œта юқори частоталар оралиђида ишловчи баъзи яримœтказгич асосидаги асбобларда диффузиявий ёки имплантация қилинган p-n œтишлар ётиш чуқурлигининг кичиклиги, яъни 0,1 мм тартибида эканлиги билан бођлиқ.
   
5. 
   Пластина сиртининг рельефи чуқурлиги ± 0,025 мкмдан ортмаслиги керак. Бу ҳол сирт тозалигининг 14-синфи талабидан юқоридир.
   

Монокристалларни йœналтириш усуллари
Қуймаларни пластиналарга кесишнинг икки кœриниши (йœналтирилган ва йœналтирилмаган) мавжуд.
Кœплаб яримœтказгич асбоблар ва ҳамма интеграл микротузилмалар учун кремний каби яримœтказгич материаллар пластинаси йœналтирилганлигининг аниқлиги даражаси, яъни танланган кристаллографик йœналишга нисбатан аниқлиги ҳамма технологик операцияларни бажаришда муҳим аҳамиятга эгадир. Фақатгина жуда чекли асбоблар учун, айниқса поликристалларда ҳам тайёрланиши мумкин бœлган асбобларнинг кœпчилиги учун кесиш йœналиши ихтиёрий бœлади.
Шунинг учун қуймаларни кесишнинг турли усулларининг технологик хусусиятларини таҳлил қилишга киришишдан олдин уларни йœналтириш усулларини кœриб чиқамиз.
Кубсимон сингонияга оид бœлган кремний, шунингдек, германий, галлий арсениди ва бошқа олмоссимон яримœтказгичлар одатда [111] йœналиш бœйича œстирилади. Аммо кристаллни эритмадан тортиш жараёнида (Чохральский бœйича) ёки кристалларни œстиришнинг бошқа усулларида кристалл йœналтирилишининг цилиндрик қуйма геометрик œқининг кристаллографик [111] œқдан, яъни бошланђич танланган йœналишдан ођиши юз бериши мумкин. Қуйма геометрик œқининг берилган кристаллографик йœналиш билан мос келмаслик даражаси пластиналарга йœналтирилган ҳолда қуймани кесиш учун зарур тузатмаларни топиш йœналтириш операциясининг мақсадидир.
Зарур кристаллографик йœналишни аниқлаш рентген ва оптик усуллар ёрдамида амалга оширилади.
Кœпчилик яримœтказгич материаллар (кремний, германий, галлий арсениди ва галлий фосфиди) цилиндрсимон монокристалл қуйма кœринишида тайёрланади. Яримœтказгич асбоблар тайёрлашда тайёрлов материали сифатида “кристалл” деб аталувчи, монокристалл қуйма, ёки пластиналарнинг диск кœринишдаги бœлаклари, ёки улардан кесиб олинган квадрат, тœђри тœртбурчак, думалоқ ёки бошқа шаклдаги бœлаклардан фойдаланилади.
Яримœтказгич асбоблар ишлаб чиқариш учун ишлатиладиган материалга механик ишлов беришнинг бош мақсади текис томонли, зарур шакл ва œлчамдаги тайёрлов материалларини тайёрлашдан иборатдир. Ушбу вазифа қуймаларни пластиналар тарзида кесиш, силлиқлаш ва сайқал бериш йœллари билан амалга оширилади.
Қуймаларни пластиналар тарзида кесиш икки хил (йœналтирилган ва йœналтирилмаган) кœринишда амалга оширилади. Механик ишлов бериш жараёнида яримœтказгич материалларни маҳкамлаш асосий ва қийин масалалардандир. Механик ишлов бериш учун маҳкамлашнинг бир қанча усуллари мавжуд. Бунда асосан тагликка цилиндр кœринишидаги қуйманинг асоси ёки сирти ёпиштирилади (1-расм).
Монокристалл қуйма ва пластиналарни маҳкамлашда шундай елимлардан фойдаланиш керакки, ишлов бериб бœлингандан сœнг бу елимни қуйма ва пластиналар сиртидан осонгина кœчириб олиш мумкин бœлсин. Ёпиштирувчи моддаларнинг кенг тарқалганлари - термопластик қотишмалар: парафин, мум, смола (қатрон), канифол, паст температурада эрувчи металл қотишмалари ва сублимацияла-нувчи, яъни температура ортиши билан буђга айланувчи моддалар, температура пасайиши билан яна қаттиқ ҳолатга œта оладиган сувли аралашмалардир.
Яримœтказгич асбоблар технологиясида яримœтказгич монокристалларни кесишнинг бир қанча усуллари мавжуд бœлиб, улардан пœлат сим ёки пœлат арра, таркибида олмос мавжуд пœлат дисклар, олмос кесгичлар, ультратовуш ёрдамида кесиш кœпроқ қœлланилади.
Диск ёрдамида кесишда кесувчи асбоб вазифасини ички ёки ташқи томонининг кесувчи қиррасига табиий ёки сунъий олмос қопланган пœлатдан тайёрланган юпқа металл диск бажаради. Дискнинг айланиш тезлиги - 3000-5000 айл/мин. бœлади. Кесиш жараёнида материалнинг едирилиши, шунингдек дискнинг ишлаш муддати, пластиналар сифати ва бошқаларни ҳисобга олган ҳолда диск қалинлиги танланади.
Мœрт яримœтказгич материаллардан юпқа пластиналар кесишда кесувчи қиррага бутун доира бœйлаб кесувчи олмос қопланган дисклардан фойдаланиш яхши натижалар беради. Қалин пластиналар тайёрлашда узлукли кесувчи қиррали олмос дискдан фойдаланиш афзалдир. Кесиш жараёнида кесиш соҳасига совитувчи суюқлик бериб турилади. Совитувчи суюқлик сифатида соданинг сувдаги эритмаси ишлатилади, ундан 1,5-2 л/мин. керак бœлади. Кесувчи дискинг металл қисми қалинлиги 0,05...0,12 мм, кесувчи қирра қалинлиги эса 0,25...0,3 мм дир. Ички ва ташқи кесувчи қиррали олмос дисклар 2-расмда тасвирланган.
Тагликка асос томони елимланган қуйма ички кесувчи олмос қиррали дискда кесилади, тагликка цилиндрнинг сирт томони елимланган қуйма ташқи кесувчи олмос қиррали дискда кесилади.
Пœлат сим ёрдамида кесиш учун бу пœлат симлар қурилманинг ђилдиракчаларига œралади ва иш механизми ҳаракатга келиши натижасида ђилдираклар айланиб симлар қуймани пластиналар тарзида кесади. Бу симлар 0,08...0,1 мм диаметрли кесувчи пœлат бœлиб, улар сиртига 1...20 мкм œлчамдаги олмос заррачалар қатлами қопланади.
Яримœтказгич монокристалларни ясси пœлат полотнолар билан кесишда қурилма бориб-келувчи ҳаракат қилади. Бундай полотнолар кенглиги 1 см, қалинлиги 0,1 мм бœлиб, уларнинг боши ва охири кесувчи қурилмага маҳкамланади. Кесувчи қурилмага 10 тадан 100 тагача бœлган полотнолар керакли оралиқда (пластина қалинлигига тенг) œрнатилади. Бунда қуймани бир вақтнинг œзида бир неча пластиналарга кесилади. Кесиш вақтида М20, М14, М10, М7 абразив кукунли суспензия ва кальцийли соданинг сувдаги аралашмаси бериб турилади. Бу усул билан кесишда чиқиндилар кам ва пластиналар ясси параллел бœлади. 20 та кесувчи полотноли қурилмада полотноларнинг жойлашиш оралиђи 140 мм гача, полотноларнинг энг катта бориб келиши 1200 мм бœлади (3-расм). Юпқа пластиналарга кесишда полотно ва симлардан фойдаланилади, пластиналарни кристаллчалар тарзида кесишда олмосли дисклардан фойдаланилади.
Қуймаларни пластиналарга кесиш амали бажарилгандан сœнг сиртдаги нотекисликни йœқотиш ва ясси параллел сирт ҳосил қилиш мақсадида, албатта, силлиқлаш ва сайқал бериш амаллари бажарилади. Яримœтказгич материалларни силлиқлаш жараёни қуйидагича туркумланади:
1. Ишлатилаётган абразив ҳолатига қараб - эркин ва бођланган абразив материалларда силлиқлаш.
2. Фойдаланилаётган асбобнинг тузилиши ва ишлов бериш усулига бођлиқ ҳолда – бир ёқлама ва икки ёқлама силлиқлаш.
3. Ишлов берилаётган сиртнинг сифатига қараб - қœшимча ва тугалланувчи ишлов бериш.
4. Пластиналарни тагликка маҳкамлаш усулларига қараб – тагликка пластинани маҳкамлаш (елимлаш, оптик контактга œтказиш, вакуумли сиқиш) ёки кассета ва сепараторларда пластиналарнинг эркин ҳолатда бœлиши.
Силлиқлашнинг кенг тарқалган кœриниши - тагликка ёпиштирилган пластинани эркин абразив билан бир ёқлама силлиқлашдир. Силлиқлашда яхши натижалар олиш учун қуйидаги шартлар бажарилиши керак:
1. Силлиқлаш тоза ҳавода, чанг кирмайдиган ђилофга жойлаштирилган ҳолда œтказилиши керак.
2. Ишлов берувчи қурилмаларни абразивнинг турига қараб танлаш керак.
3. Абразив ва силлиқловчи кукунлар алоҳида ва берк ҳолатда сақланиши керак.
Пластина сиртидаги нуқсонларни йœқ қилиш учун унга абразивли ишлов бериш керак. Бунда пластинанинг фақат ишлатиладиган томонига эмас, балки унинг орқа томонига ҳам абразивли ишлов берилади.
Бођланган абразивли силлиқлагичларда силлиқловчи қурилма столига елимланган яримœтказгич пластина сиртида олмосли силлиқлагич айлана кœринишида ҳаракат қилади. Бунда совитувчи суюқлик бериб турилади. Пластина таглик билан биргаликда айланади. Кœпинча стол билан бирга айланаётган пластиналарга кетма-кет учта силлиқловчи олмос доира билан ишлов берилади (4-расм). Бунда столнинг бир маротаба айланишида пластиналарга чала, яримтоза ва тоза ишлов берилади. Чала ишлов беришда 0,4 дан 0,8 л/мин гача, тоза ишлов беришда эса 0,8 дан 1 л/мин гача совитувчи суюқлик керак бœлади.
Эркин абразивли силлиқлашда икки ёқлама ва бир ёқлама силлиқлаш қабул қилинган. Эркин абразивли силлиқлашда айланувчи доиралар пœлатдан, чœяндан, шишадан, алюминийдан ва унинг қоришмаларидан тайёрланади. Бир ёқлама силлиқлашда силлиқловчи доиранинг айланиш такрорийлиги 30...40 мин^-1 бœлади. Силлиқловчи материал сифатида яшил кремний карбидидан (КЗМ) тайёрланган донадорлиги 63...14 мкм ва оқ электркорунд (Al₂O₃) майда микрокукун (ЭБМ) донадорлиги 10...5 мкм абразивларнинг сувдаги суспензиясидан фойдаланилади (1-жадвал).
Абразив материаллар донадорлиги бœйича уч гуруҳга бœлинади:
1. Донадор силлиқловчи (йирик донали абразивлар (20016) мкм).
2. Кукунли силлиқловчи (абразив доналари нисбатан майда (123) мкм).
3. Микрокукунлар (œлчамига кœра М40 дан М5 гача, донача œлчами бœйича 40÷5 мкм гача 7 гуруҳга бœлинади).
Яримœтказгич материалларга ишлов бериш учун албатта микрокукунлар ишлатилади. Бођланган абразивли силлиқлаш учун АЧК навли силлиқловчи кукун қуйидаги кœринишда ишлатилади: Чала ишлов бериш учун АСО 100/80, яримтоза ишлов учун АСО 80/63, тоза силлиқлаш учун АСМ 40/28 дан фойдаланилади. АПВ навли силлиқловчи кукун учун эса: чала ишлов бериш учун АСМ 50/40, яримтоза ишлов бериш учун АСМ 28/20, тоза учун АСМ 7/5, эркин абразивли силлиқлашда КЗМ 14-3, КЗМ 10-1,5, ЭБМ навли абразивлардан фойдаланилади.
Пластиналарга сайқал бериш фетр (наматсимон юпқа мато), тақир духоба ёки батист билан қопланган тагликда амалга оширилади. Бунинг учун ушбу матолар асоси ёђдан иборат, донадорлиги 30,25 мкм œлчамдаги абразив пасталар билан сайқал бериш дискидаги матога 15...20 минут давомида суриб тœйинтирилади. Сайқал бериш диски 30...40 мин^-1 такрорийлик билан айланади, сайқал берилаётган қисмга кетма-кет олмос суспензияси (қуйқаси) томизиб турилади. Яримœтказгич намунага сайқал беришда олмос кукунларидан ҳамда асосида бор нитрати, алюминий оксиди, церий, цирконий, хром ва кремний оксидлари бœлган пасталардан фойдаланилади.
Пластина сирти тœлиқ сайқалланиши учун механик сайқал билан бир вақтда кимёвий-механик сайқаллаш ҳам амалга оширилади (4-расм).