Белорусский государственный университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан химического факультета

Д.В. Свиридов

(подпись) (И.О.Фамилия)

(дата утверждения) Регистрационный № УД-/р.

Физическая химия и технология тонкопленочных химических сенсоров и микросистем Рабочая программа для специальности:

G-31 05 01-01 Химия Факультет химический Кафедра физической химии Курс четвертый Семестр седьмой Лекции 30 Экзамен седьмой (количество часов) (семестр) Зачет _ Практические (семинарские) (семестр) занятия (количество часов) Лабораторные Курсовой проект (работа) (семестр) занятия (количество часов) КСР (количество часов) Всего аудиторных часов по дисциплине _ (количество часов) Всего часов Форма получения высшего по дисциплине _50 образования очная (количество часов) Составил А.А.Савицкий, к.х.н., доцент (И.О.Фамилия, степень, звание) 2011 г.

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры физической химии (дата, номер протокола) Заведующий кафедрой В.В.Паньков (подпись) (И.О.Фамилия) Одобрена и рекомендована к утверждению учебно-методической (методической) комиссией химического факультета (дата, номер протокола) Председатель (подпись) (И.О.Фамилия)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Целью спецкурса является расширение и углубление знаний студентов о механизме формирования и роста пленок различных материалов (металлов, полупроводников, диэлектриков) на изотропных и поликристаллических подложках, физических, химических и электрофизических свойствах тонкопленочных структур, методах их получения и использования для создания химических сенсоров и микросистем в электронной и радиоэлектронной промышленности.

При изложении курса основной упор делается на физико-химическое рассмотрение процессов взаимодействия потоков частиц с поверхностью кремниевой подложки, использование понятия «константа равновесия»

процессов высокотемпературного разложения силана и других соединений, используемых при производстве микросистем.

Знание физико-химических основ процессов эпитаксии позволит будущим специалистам легко освоить современное производство микросхем, а также воспринять новые нанотехнологические схемы производства.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

№п/п Наименование разделов, тем Количество часов содержание курса. Области применения тонких пленок.

Роль пленочной технологии в развитии миниатюризации (микро-нано-) электронных микросистем и химических пленке, эпитаксии, эпитаксиальном слое. Виды эпитаксии: автоэпитаксия, гетероэпитаксия, хемоэпитаксия. Планарная технология производства микросхем. Классификация методов получения тонких пленок и эпитаксиальных процессов нарастания тонких пленок и эпитаксиальных неравновесные состояния в вакуумных конденсатов на субструктурная неравновесность в пленках.

вакуумных конденсатов на Формы роста конденсатов Формы роста конденсатов Формы роста аморфных формы роста конденсатов.

Формирование текстур на подложки на образование текстурированных пленок.

Текстуры роста, текстуры зарождения. Роль свободной направления молекулярного пучка, скорости конденсации ориентацию металлических подложках.

о поверхности твердого тела.

нелокализованная адсорбция.

Процессы взаимодействия частиц газа с твердым телом.

поверхности кристаллической подложки на эпитаксиальный процесс.

Адсорбция и образование скоплений на инородной гетерогенного образования критических зародышей.

эпитаксиальных слоев на подложке.

дефектообразования в тонких пленках.

методов и их классификация.

конденсации молекулярных установок и испарителей вещества. Испарение сплавов дискретного испарения.

качества подложек. Защита поверхности подложки.

распыления. Конструкции распыления. Преимущества катодного распыления.

распыление.

распыления. Конструкции магнетронов. Особенности, преимущества и недостатки магнетронное распыление диэлектриков.

8 Метод электронно-лучевого 2 2 к/р испарения. Импульсные и электроннолучевого испарения.

Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Режимы непрерывной генерации и модулированной добротности. Конструкции установок.

Методы ионно-лучевого легирования поверхности и тонких пленок.

эпитаксии. ТФЭ со средой переноса и без среды переноса.

Применение транспортных химических реакций для получения пленок и ЭС полупроводниковых соединений. Получение ЭС в монокристаллических слоев GaAs методом транспортных системе. Химизм процесса.

Влияние основных факторов на процесс. Получение ЭС проточной системе. Влияние основных факторов на этот термодинамика, кинетика процесса автоэпитаксии кремния и германия.

10 Литографические процессы в технологии микроэлектронных устройств. Назначение и методы фотолитографии.

Контактная фотолитографии.

Позитивные и негативные параметры фоторезистов.

сушка слоя фоторезиста.

экспонирование. Проявление слоя фоторезиста. Сушка Химическая сухая обработка подложек. Проекционная фотолитография. Оптические фотолирографии.

литографии.

Электронолитография.

Рентгенолитография. УФлитография.

Ионолиторгафия.

Голографическая литография.

предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности.

возбуждения, используемые при анализе поверхностей.

-облучение фотонами -электронная бомбардировка -бомбардировка нейтральными частицами -наложение электрического энергии.

Носители информации о поверхности твердого тела:

фотоны, электроны, ионы, нейтральные частицы 12 Перечень и сравнительная характеристика методов анализа поверхностей.

2. Масс-спектрометрия 4. Оже-электронная Состояние и перспективы исследований по химическим сенсорам.

1. Классификация сенсоров.

Потенциометрические, биосенсоры, оптосенсоры, акустосенсоры, мультисенсорные системы электронный язык) 2. Принципы устройства и сенсоров.

сенсоров и технологии их получения. Технологии получения тонких пленок циркония, титана, кремния, углеродных алмазоподобных 4.Вторичные преобразователи и методы обработки информации.

5. Применение химических сенсоров.

Номер раздела, темы, занятия Текстуры роста, текстуры зарождения.

Современные представления о поверхности твердого тела. Локализованная и нелокализованная адсорбция.

Получение тонких пленок и эпитаксиальных слоев. Общая характеристика методов и их классификация.

Подложки. Методы подготовки и контроль качества подложек. Защита поверхности подложки.

Метод электронно-лучевого испарения.

Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Методы ионно-лучевого травления, испарения, легирования поверхности и тонких пленок. Методы твердофазной эпитаксии.

Методы транспортных химических реакций. Получение ЭС в открытых и закрытых процессах.

Литографические процессы в технологии микроэлектронных устройств.

Назначение и методы фотолитографии.

Методы исследования поверхности и тонких пленок. Требования, предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности. Физические процессы возбуждения, используемые при анализе поверхностей.

12 Перечень и сравнительная характеристика методов анализа поверхностей.

13 Химические сенсоры. Состояние и перспективы исследований по химическим сенсорам. Классификация сенсоров.

Принципы устройства и работы химических сенсоров.

Новые материалы для сенсоров и технологии их получения. Применение химических сенсоров.

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Основные понятия о тонкой пленке, эпитаксии, эпитаксиальном слое.

Виды эпитаксии.

2. Теоретические основы процессов нарастания тонких пленок и эпитаксиальных слоев.

3. Современные представления о поверхности твердого тела.

Локализованная и нелокализованная адсорбция.

4. Получение тонких пленок и эпитаксиальных слоев. Общая характеристика методов и их классификация.

5. Метод электронно-лучевого испарения. Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Методы ионно-лучевого травления, испарения, легирования поверхности и тонких пленок. Методы твердофазной эпитаксии.

6. Методы транспортных химических реакций. Получение ЭС в открытых и закрытых процессах.

7. Методы исследования поверхности и тонких пленок. Требования, предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности.

Физические процессы возбуждения, используемые при анализе поверхностей.

8. Химические сенсоры. Состояние и перспективы исследований по химическим сенсорам. Классификация сенсоров. Принципы устройства и работы химических сенсоров.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки 1971.

2. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. Под ред. Дж. Поута 3. Черняев В.Н. Физико-химические процесса в технологии РЭА.

4. Киреев В., Столяров А. Технологии микроэлектроники.2006.

Дополнительная:

1.Готра З.Ю.Технология микроэлекронных устройств.1991.

2. Хокинг М, Васантасри В., Сидки П.М. Металлическаие и керамические покрытия.2000.

ПРОТОКОЛ

СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ ПО ИЗУЧАЕМОЙ

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

СПЕЦИАЛЬНОСТИ

Неорганическая Кафедра

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ

К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ

ДИСЦИПЛИНЕ НА 2011 / 2012 УЧЕБНЫЙ ГОД Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры физической химии (протокол № от 2011_ г.) Заведующий кафедрой д.х.н., профессор _ В.В.Паньков

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета д.х.н., профессор _ Д.В. Свиридов Белорусский государственный университет «Физическая химия и технология тонкопленочных химических сенсоров и микросистем»

Учебная программа для специализации 1-31 05 01-01 06 «Химия твердого тела и полупроводников»

СОСТАВИТЕЛИ:

А. А. Савицкий, доцент кафедры физической химии БГУ, к.х.н., (И.О.Фамилия, должность, степень, звание) РЕЦЕНЗЕНТЫ:

А.А.Вечер, вед. науч. сотр. НИЧ БГУ, д.х.н., профессор (И.О.Фамилия, должность, степень, звание) А.Ф.Полуян, вед.науч. сотр. НИЧ БГУ, к.х.н., доцент (И.О.Фамилия, должность, степень, звание)

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:

Кафедрой физической химии Белорусского государственного университета протокол № 10 от 11.05. Учебно-методической комиссией химического факультета Белорусского государственного университета протокол № 7 от 06.06. Ответственный за редакцию и выпуск Савицкий А.А.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Целью спецкурса является расширение и углубление знаний студентов о механизме формирования и роста пленок различных материалов (металлов, полупроводников, диэлектриков) на изотропных и поликристаллических подложках, физических, химических и электрофизических свойствах тонкопленочных структур, методах их получения и использования для создания химических сенсоров и микросистем в электронной и радиоэлектронной промышленности.

При изложении курса основной упор делается на физико-химическое рассмотрение процессов взаимодействия потоков частиц с поверхностью кремниевой подложки, использование понятия «константа равновесия»

процессов высокотемпературного разложения силана и других соединений, используемых при производстве микросистем.

Знание физико-химических основ процессов эпитаксии позволит будущим специалистам легко освоить современное производство микросхем, а также воспринять новые нанотехнологические схемы производства.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

№п/п Наименование разделов, тем Количество часов содержание курса. Области применения тонких пленок.

Роль пленочной технологии в развитии миниатюризации (микро-нано-) электронных микросистем и химических пленке, эпитаксии, эпитаксиальном слое. Виды эпитаксии: автоэпитаксия, гетероэпитаксия, хемоэпитаксия. Планарная технология производства микросхем. Классификация методов получения тонких пленок и эпитаксиальных процессов нарастания тонких пленок и эпитаксиальных неравновесные состояния в вакуумных конденсатов на субструктурная неравновесность в пленках.

вакуумных конденсатов на Формы роста конденсатов легкоплавких металлов, Формы роста конденсатов Формы роста аморфных формы роста конденсатов.

Формирование текстур на подложки на образование текстурированных пленок.

Текстуры роста, текстуры зарождения. Роль свободной поверхностной энергии, направления молекулярного пучка, скорости конденсации ориентацию металлических подложках.

о поверхности твердого тела.

нелокализованная адсорбция.

Процессы взаимодействия частиц газа с твердым телом.

поверхности кристаллической подложки на эпитаксиальный процесс.

Адсорбция и образование скоплений на инородной гетерогенного образования критических зародышей.

эпитаксиальных слоев на подложке.

дефектообразования в тонких пленках.

методов и их классификация.

конденсации молекулярных установок и испарителей вещества. Испарение сплавов дискретного испарения.

качества подложек. Защита поверхности подложки.

распыления. Конструкции распыления. Преимущества катодного распыления.

распыление.

распыления. Конструкции магнетронов. Особенности, преимущества и недостатки магнетронное распыление диэлектриков.

испарения. Импульсные и электроннолучевого испарения.

Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Режимы непрерывной генерации и модулированной добротности. Конструкции установок.

Методы ионно-лучевого легирования поверхности и тонких пленок.

эпитаксии. ТФЭ со средой переноса и без среды переноса.

Применение транспортных химических реакций для получения пленок и ЭС полупроводниковых соединений. Получение ЭС в монокристаллических слоев GaAs методом транспортных системе. Химизм процесса.

Влияние основных факторов на процесс. Получение ЭС проточной системе. Влияние основных факторов на этот термодинамика, кинетика процесса автоэпитаксии кремния и германия.

технологии микроэлектронных устройств. Назначение и методы фотолитографии.

Контактная фотолитографии.

Позитивные и негативные фоторезисты. Основные параметры фоторезистов.

сушка слоя фоторезиста.

экспонирование. Проявление слоя фоторезиста. Сушка Химическая сухая обработка подложек. Проекционная фотолитография. Оптические фотолирографии.

литографии.

Электронолитография.

Рентгенолитография. УФлитография.

Ионолиторгафия.

Голографическая литография.

предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности.

возбуждения, используемые при анализе поверхностей.

-облучение фотонами -электронная бомбардировка -бомбардировка нейтральными частицами -наложение электрического энергии.

Носители информации о поверхности твердого тела:

фотоны, электроны, ионы, нейтральные частицы анализа поверхностей.

2. Масс-спектрометрия 4. Оже-электронная сенсорам.

1. Классификация сенсоров.

Потенциометрические, биосенсоры, оптосенсоры, акустосенсоры, мультисенсорные системы электронный язык) 2. Принципы устройства и сенсоров.

сенсоров и технологии их получения тонких пленок циркония, титана, кремния, углеродных алмазоподобных 4.Вторичные преобразователи и методы обработки информации.

5. Применение химических Основные понятия о тонкой пленке, эпитаксии, эпитаксиальном слое.

Виды эпитаксии: автоэпитаксия, гетероэпитаксия, хемоэпитаксия.

Планарная технология производства микросхем. Классификация методов получения тонких пленок и эпитаксиальных слоев.

2. Теоретические основы процессов нарастания тонких пленок и эпитаксиальных слоев.

Механизм конденсации и неравновесные состояния в пленках. ПК и ПЖК-механизмы конденсации вакуумных конденсатов на изотропных подложках. Фазовая, структурная и субструктурная неравновесность в пленках.

3. Формы роста частиц вакуумных конденсатов на изотропных подложках.

Формы роста конденсатов легкоплавких металлов, процесс коалесценции. Формы роста конденсатов тугоплавких металлов.

Формы роста аморфных конденсатов. Влияние структуры подложки на формы роста конденсатов. Формирование текстур на изотропных подложках. Влияние температуры подложки на образование текстурированных пленок. Текстуры роста, текстуры зарождения.

Роль свободной поверхностной энергии, направления молекулярного пучка, скорости конденсации и степени подвижности осажденных атомов на ориентацию металлических пленок на аморфных Современные представления о поверхности твердого тела.

Локализованная и нелокализованная адсорбция. Процессы взаимодействия частиц газа с твердым телом. Влияние структуры поверхности кристаллической подложки на эпитаксиальный процесс.

Адсорбция и образование скоплений на инородной подложке. Теории гетерогенного образования зародышей. Скорость образования и размер критических зародышей. Механизм роста эпитаксиальных слоев на подложке. Дефекты и процессы дефектообразования в Получение тонких пленок и эпитаксиальных слоев.

Общая характеристика методов и их классификация. Метод испарения и конденсации молекулярных пучков в вакууме. Конструкции вакуумных установок и испарителей вещества. Испарение сплавов и соединений. Метод дискретного испарения.

6. Подложки. Методы подготовки и контроль качества подложек.

Защита поверхности подложки.

Метод катодного распыления. Конструкции установок катодного распыления. Преимущества и недостатки метода катодного распыления.Реактивное катодное распыление.Метод магнетронного распыления. Конструкции магнетронов. Особенности, преимущества и недостатки метода магнетронного распыления различных веществ.

ВЧ и СВЧ магнетронное распыление диэлектриков.

Метод электронно-лучевого испарения.

Импульсные и реактивные методы электроннолучевого испарения.

Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Режимы Конструкции установок.

Методы ионно-лучевого травления, испарения, легирования поверхности и тонких пленок.

Методы твердофазной эпитаксии.

ТФЭ со средой переноса и без среды переноса.

Методы транспортных химических реакций.

Применение транспортных химических реакций для получения пленок и ЭС полупроводниковых соединений. Получение ЭС в открытых и закрытых процессах. Получение монокристаллических слоев GaAs методом транспортных реакций в проточной системе.

Химизм процесса. Влияние основных факторов на процесс.

Получение ЭС кремния и германия восстановлением из хлоридов водородом в проточной системе. Влияние основных факторов на этот процесс. Химизм, термодинамика, кинетика процесса автоэпитаксии кремния и германия.

Литографические процессы в технологии микроэлектронных устройств.

Назначение и методы фотолитографии. Контактная фотолитографии.

Позитивные и негативные фоторезисты. Основные параметры фоторезистов. Обработка поверхности подложек. Нанесение и сушка слоя фоторезиста. Совмещение и экспонирование. Проявление слоя фоторезиста. Сушка проявленного рельефа. Химическая жидкостная подложек.Проекционная фотолитография. Оптические эффекты при фотолирографии.Перспективные методы литографии.

Электронолитография. Рентгенолитография. УФ-литография.

Ионолиторгафия. Голографическая литография.

10. Методы исследования поверхности и тонких пленок.

Требования, предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности. Физические процессы возбуждения, используемые при анализе поверхностей. Облучение фотонами, электронная бомбардировка, бомбардировка нейтральными частицами, наложение электрического поля, подведение тепловой энергии.

11. Носители информации о поверхности твердого тела.

Фотоны, электроны, ионы, нейтральные частицы.

12. Перечень и сравнительная характеристика методов анализа поверхностей.

Анализ поверхности методом Резерфордовского обратного рассеяния Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС) Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия Оже-электронная спектроскопия. Ядерные методы анализа.

Эллипсометрия.

Состояние и перспективы исследований по химическим сенсорам.

Классификация сенсоров. Потенциометрические, биосенсоры, оптосенсоры, акустосенсоры, мультисенсорные системы (электронный нос, электронный язык). Принципы устройства и работы химических сенсоров.

14. Новые материалы для сенсоров и технологии их получения.

15. Технологии получения тонких пленок оксидов олова, индия, циркония, титана, кремния, сложных оксидных фаз переменного состава, силицидов, нитридов, углеродных алмазоподобных пленок.Вторичные преобразователи и методы обработки информации. Применение химических сенсоров.

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Основные понятия о тонкой пленке, эпитаксии, эпитаксиальном слое.

Виды эпитаксии.

2. Теоретические основы процессов нарастания тонких пленок и эпитаксиальных слоев.

3. Современные представления о поверхности твердого тела.

Локализованная и нелокализованная адсорбция.

4. Получение тонких пленок и эпитаксиальных слоев. Общая характеристика методов и их классификация.

5. Метод электронно-лучевого испарения. Методы лазерного испарения веществ в вакууме. Методы ионно-лучевого травления, испарения, легирования поверхности и тонких пленок. Методы твердофазной эпитаксии.

6. Методы транспортных химических реакций. Получение ЭС в открытых и закрытых процессах.

7. Методы исследования поверхности и тонких пленок. Требования, предъявляемые к идеальному методу анализа поверхности.

Физические процессы возбуждения, используемые при анализе поверхностей.

8. Химические сенсоры. Состояние и перспективы исследований по химическим сенсорам. Классификация сенсоров. Принципы устройства и работы химических сенсоров.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. М., «Наука», 2. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. Под ред. Дж. Поута и др. М., «Мир», 1982.

3. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М.

«Высшая школа», 1987.

4. Киреев В., Столяров А. Технологии микроэлектроники. М.

«Техносфера», 2006.

Дополнительная:

1.Готра З.Ю.Технология микроэлектронных устройств. М. «Мир», 1991.

2. Хокинг М, Васантасри В., Сидки П.М. Металлические и керамические покрытия.М., « Мир», 2000.