ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварка полупроводников с металлами из "Диффузионная сварка материалов " Полупроводники качественно отличаются от металлов природой химических связей, структурой и физико-механическими свойствами. От диэлектриков полупроводники отличаются лишь количественно. Полупроводники — это вещества, имеющие при нормальной температуре удельную проводимость в интервале 10 —10 Ом м , которая зависит от вида и количества примесей, структуры вещества и внешних условий температуры, давления, электрических и магнитных полей, освещения, облучения ядерными частицами. В соответствии с зонной теорией у металлов валентные электроны легко переходят на уровни зоны проводимости и все валентные электроны участвуют в создании тока. У полупроводника энергетическая зона валентных электронов занята полностью и отделена от зоны проводимости зоной запрещенных энергий. К полупроводникам относятся вещества, для которых запрещенная зона равна (0,16- -5,1) 10 Дж. Вещества с большей шириной запрещенной зоны относятся к диэлектрикам. Основу полупроводникового прибора составляет кристалл полупроводникового материала с одним пли несколькими электронно-дырочными р—м-переходами, которые получают,, вводя разнообразные примеси в различные участки одного и того же кристалла. [c.230] Простые полупроводники. К числу элементарных полупроводников относятся 12 простых веществ бор, углерод, кремний, фосфор, сера, селен, германий, мышьяк, серое олово, сурьма, теллур, йод. Обобщенной характеристикой химической связи в подгруппе является порядковый номер полупроводника в периодической системе Д. И. Менделеева. Простые полупроводники обладают ковалентной связью, которая образуется при взаимодействии двух электронов с противоположными спинами. [c.230] Металлы и сплавы для соединений полупроводник — металл необходимо выбирать, исходя из требований к сварным соединениям этих материалов. [c.233] Для уменьшения термических напряжений в процессе соединения полупроводника с металлом или сплавом необходимо максимально приблизить коэффициенты термического расширения и теплопроводности. Из металлов по ТКЛР близки к полупроводникам тугоплавкие металлы (рис. 6, а) вольфрам, молибден, хром, тантал (6,6-10 К ), ниобий (7,2-10 К ) и др. Эти металлы имеют одинаковую кристаллическую решетку — объемно-центрированную, т. е. не очень упакованную. Температуры плавления у этих металлов различны и колеблются от 2148 К у хрома до 3683 К у вольфрама, т. е, в 1,1—2,7 раза больше, чем температура плавления рассматриваемых полупроводников. У этих металлов большие энергии активации (37н-42) 10 Дж/кг и коэффициенты самодиффузии (2н- 16) X X 10 м /с, что приводит к увеличению затрат энергии на диффузионное соединение полупроводников с металлами. Эти металлы имеют высокие значения механической прочности, удельного электросопротивления они антикоррозионны. [c.233] Полупроводниковые детали из кремния, германия, арсенида галлия и карбида кремния перед диффузионной сваркой обезжиривают в четыреххлористом углероде и спирте. Металлические детали из молибдена, вольфрама, ковара перед сваркой обезжиривают в растворах щелочей и травят в различных смесях кислот. Перед сваркой производят декапирование металлических деталей. [c.234] Для чистых кристаллов кремния, германия, арсенида галлия, карбида кремния с молибденом диффузионное соединение не образовывалось соответственно при температурах 1073, 823, 873, 1173 К, давлении 196 МПа, продолжительности сварки до 60 мин и степени разрежения в вакуумной камере ЫО Па (рис. 7, область II). Диффузионное соединение кремния с вольфрамом, имеющим с кремнием наиболее близкие значения ТКЛР, образуется при 1373—1473 К и давлении сжатия 29,4—39,2 МПа. Таким образом, при температуре сварки Тсв С (0,5 -f- 4-0,6) диффузионное соединение не образуется, потому что тепловой энергии, предназначенной для увеличения амплитуды колебаний атомов, недостаточно для взаимодействия атомов тугоплавких металлов с атомами полупроводников, скорость диффузии мала. [c.235] Микроструктурный анализ показывает, что переходная зона соединения кремния с чистым молибденом и вольфрамом состоит из силицидов молибдена (Мо512) и вольфрама (Ш312), твердых растворов кремния в молибдене и вольфраме, а при соединении с карбидом кремния дополнительно в зоне обнаружены карбиды молибдена. Это повышает микротвердость в переходной зоне в 2 раза. В переходной зоне соединения кремния и карбида кремния с молибденом, покрытым серебром и золотом, микротвердость увеличивается на 20— 30%, что свидетельствует о малой взаимной растворимости этих металлов в твердых полупроводниках. [c.236] Вернуться к основной статье