Программа

вступительного экзамена в аспирантуру по специальности

05.27.06 «Технология и оборудование для производства

полупроводников, материалов и приборов электронной

техники»

СОДЕРЖАНИЕ.

Содержание программы вступительного экзамена в аспирантуру

(специальность 05.27.06 «Технология и оборудование для производства

полупроводников, материалов и приборов электронной техники») составляют учебные дисциплины, лежащие в основе учебных планов подготовки студентов по направлении. 551600 «Материаловедение и технология новых материалов».

1. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЭТ

1.Взаимосвязь "состав - структура - свойство" в твердых телах.

2.. Корреляция типа химической связи и кристаллической структуры, типа химической связи и зонной структуры материала.

Основные отличия в свойствах (электрических, электрооптических, акустических, тепловых, механических) полупроводников, металлов и диэлектриков.

2.Основные закономерности образования полупроводниковых фаз.

Применение принципа химического и кристаллохимического подобия для прогнозирования свойств твердых тел, переход от групп кристаллохимических аналогов к группам электронных аналогов.

Полупроводниковые фазы и положение образующих их элементов в Периодической системе. Элементарные полупроводники, двойные и тройные полупроводниковые соединения. Принципы отбора многокомпонентных полупроводниковых фаз.

3.Общая характеристика элементарных полупроводников.1V группы. Закономерности изменения свойств в ряду элементарных полупроводников. Элементарные полупроводники V, V1, 111 групп.

4.Общая характеристика алмазоподобных полупроводников.

Бинарные алмазоподобные полупроводниковые соединения.

Многокомпонентные аналоги элементарных полупроводников.1V группы. Закономерность изменения свойств в изоядерных и изоэлектронных рядах.

5.Свойства полупроводников, зависящие от дефектности кристаллической решетки (прочность, твердость, пластичность, термические и электрические свойства). Классификация дефектов кристаллической структуры (по протяженности областей разупорядочения кристаллической решетки, по характеру образования).

6.Точечные дефекты. Собственные точечные (атомные) дефекты:

Термодинамика собственных точечных дефектов, расчет равновесных концентраций. Поведение заряженных СТД. Особенности образования СТД в металлах, элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. Расчет энергии образования дефектов, экспериментальные методы определения энергии точечных дефектов, энергия миграции точечных дефектов. Характер влияния СТД на свойства полупроводников.

Примесные дефекты (внедрения, замещения) в элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. Описание поведения примесных дефектов в квазихимическом приближении.

Поведение ассоциированных дефектов на основе примесных дефектов.

Влияние примесных дефектов на свойства полупроводниковых кристаллов.

7.Элементы теории дислокаций. Краевая, винтовая и смешанная дислокации, контур и вектор Бюргерса, энергия линейного натяжения дислокаций. Динамика дислокаций: механизмы движения, плоскости скольжения, зависимость подвижности дислокаций от напряжения сдвига и температуры, энергия движущейся дислокации. Взаимодействие дислокаций между собой, с собственными точечными и примесными дефектами. Особенности образования дислокаций в полупроводниковых соединениях. Влияние дислокаций на свойства полупроводников.

8.Поверхностные (малоугловые границы, границы зерен, дефекты упаковки) и объемные дефекты (разрывы сплошности кристалла).

Термодинамические особенности поверхности кристалла. Реакционная способность твердых тел. Роль объемных и поверхностных дефектов в химических реакциях с участием твердых тел. Примеры реакций (поверхностное и внутреннее окисление и азотирование, фотолиз, внутритвердотельные реакции).

2. ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.Фундаментальные свойства полупроводников, определяемые электронным и фононным спектрами (электро- и теплопроводность, термическое расширение, решеточное поглощение света и др.). Эффективная масса носителей заряда, энергия Ферми и структура зон Бриллюэна.

2.Виды и параметры зонной структуры полупроводников. Связь между составом материала и параметрами зонной структуры, приемы искусственного формирования зонной структуры. Взаимосвязь между параметрами зонной структуры и электрическими и оптическими свойствами полупроводников. Влияние внешних факторов (температура, давление, электрические и магнитные поля) на параметры и характер зонной структуры.

3.Зонная структура важнейших полупроводников. Классификация и свойства легирующих примесей. Поведение и электроактивность примесей и дефектов кристаллической структуры в элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. Поверхностные состояния кристаллов полупроводников. Роль поверхности в формировании свойств полупроводников. Классические и квантовые размерные эффекты. Специфика электронных явлений на поверхности.

4.Собственные и примесные полупроводники. Анализ уравнений нейтральности и температурной зависимости уровня Ферми и концентрации носителей зарядов в собственном, примесном (n- и p-типа) и компенсированном полупроводниках.

5.Явления переноса в полупроводниках. Характеристика механизмов рассеяния носителей заряда в полупроводниках. Время релаксации и подвижность носителей заряда, их связь с параметрами материалов и примесей, с внешними факторами. Электропроводимость полупроводников. Термоэлектрические явления. Эффект Холла.

6.Оптические явления в полупроводниках. Механизмы поглощения света в полупроводниках. Фотоэлектрические явления. Люминесценция полупроводников. Лазерное излучение.

7.Полупроводниковые свойства неупорядоченных веществ (сильнолегированные, аморфные и стеклообразные полупроводники).

8.Структуры на основе полупроводников. Зонные диаграммы и свойства структур: металл-полупроводник, гомо- и гетеро- p-n-переходов, металл- диэлектрик- полупроводник.

9.Электрические и оптические методы контроля параметров полупроводников и структур, поверхности полупроводников (общие представления).

10.Теория поверхностных состояний.

Строение поверхности. Природа поверхностных состояний в идеальной и реальной поверхности. Зонные диаграммы полупроводников в области поверхности. Адсорбционные явления на поверхности твердых тел. Характеристики адсорбции. Эффекты Киркендалла, Френкеля, Ребиндера, Роско.

приповерхностного слоя. Поверхностная электропроводность.

Концентрация избыточных носителей заряда. Омическая и холловская подвижность в ОПЗ. Экспериментальное исследование подвижности в ОПЗ.

Влияние оксидного слоя на свойства поверхности. Быстрые и медленные состояния. Энергетический спектр поверхностных состояний и зонные диаграммы в кремнии и германии.

Поверхностное рассеяние. Механизмы. Размерный эффект в электропроводности.

Квантовые эффекты в тонких плёнках.

приповерхностной области. Особенности и параметры поверхностной рекомбинации Поверхностная излучательная рекомбинация. Размерные эффекты в люминесценции. Электрооптические явления.

Фотоэлектрические явления в приповерхностных слоях и тонких структурах. Стационарная и нестационарная фотопроводимость.

Эффект поля в полупроводниках и полупроводниковых структурах.

Кинетика эффекта поля. Частотная зависимость. Исследование энергетического спектра поверхности.

Физика полупроводниковых сверхрешёток. Классификация.

Структура. Свойства.

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1. Диаграммы фазовых равновесий полупроводниковых систем.

Диаграммы состояния систем «элементарный полупроводник - примесь».

Ретроградная растворимость. Примеры диаграмм кремний-примесь, германий-примесь. Расчет кривых солидуса. Диаграммы состояния систем А3-В5. Расчет кривых ликвидуса в приближениях идеальных, регулярных, квазирегулярных растворов и квазихимическом приближении.

2. Фазовые и структурные превращения при кристаллизации.

Метастабильные состояния при фазовых переходах. Особенности фазового перехода кристалл-расплав. Плавление по типу полупроводникметалл, плавление по типу полупроводник - полупроводник. Структура полупроводниковых расплавов.

кристаллов при образовании двумерных зародышей: термодинамика процесса, кинетика процесса роста. Метастабильные равновесия при кристаллизации. Рост кристаллов твердых растворов: явление внутрикристаллической ликвации, бездиффузионная кристаллизация.

Поведение примесей при росте кристаллов. Равновесный и эффективный коэффициенты распределения. Концентрационное переохлаждение при кристаллизации.

4. Фазовые и структурные превращения при термическом отжиге и пластической деформации полупроводниковых кристаллов. Структурные превращения в твердом состоянии, общие закономерности. Кинетика и механизм превращений в твердом состоянии. Распад пересыщенных твердых растворов. Эвтектоидное превращение. Полиморфные превращения. Превращения мартенситного типа. Состояние поверхности кристалла.

5. Термодинамические особенности реальной поверхности.

Основные принципы механической обработки кристаллов. Типы механической обработки кристалла (резка, шлифовка, полировка) и влияние механического воздействия на структуру приповерхностной области. Модель нарушенного слоя. Методы определения глубины нарушенного слоя. Основные этапы и методы получения подложек.

6. Диффузия и диффузионные процессы в полупроводниках.

гетеродиффузия, химическая диффузия, вынужденная диффузия, сопряженная диффузия). Модель случайных блужданий. Первый и второй законы диффузии (диффузионный поток в непрерывной среде;

ограничения, использованные при выводе уравнений; обобщенная форма закона сохранения вещества). Коэффициент хаотической диффузии.

Уравнение Вагнера. Соотношение Нернста-Эйнштейна. Основное уравнение переноса (термодиффузия заряженных частиц). Уравнение коррелированного потока частиц одного сорта. Механизмы диффузии.

Выражение для коэффициента хаотической диффузии на основе статистической теории. Температурная зависимость коэффициента диффузии.

7.Влияние состава сплава и природы диффузанта на скорость и параметры диффузии. Параметры самодиффузии в элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. Параметры и скорость гетеродиффузии в металлах, элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. Диффузия, сопровождаемая фазовыми превращениями. Влияние структурных несовершенств на параметры диффузии (диффузия по дислокациям и границам зерен, поверхностная диффузия).

8.Физико-химические основы легирования с помощью диффузии.

Влияние дефектов и технологических условий на профили распределения легирующей примеси. Особенности диффузии примесей в соединения А3В5,кремний, поликремний.

9.Электрическая и химическая теории травления. Физикохимические основы методов влажного травления полупроводников.

Основы влажного травления элементарных полупроводников.

Возможности и цели травления Физико-химические особенности травления соединений А3В 10.Физико-химические основы процессов осаждения защитных диэлектрических и металлических покрытий на поверхность подложек.

Основы процессов нанесения пленок SiO2 и Si3N4, поликремния. Физикохимические основы процесса окисления поверхности кремниевых подложек; влияние ориентации подложек и примесей на окисление поверхности. Нанесение металлических пленок методами испарения и конденсации в вакууме; реактивное распыление как метод получения диэлектрических покрытий.

11.Физико-химические основы сухого (плазменного) травления полупроводников; методические особенности проведения этого процесса.

12.Физико-химические основы ионной имплантации. Основные физические принципы расчета параметров профилей распределения легирующей примеси. Дефектообразование при имплантации;

послеимплантационного отжига. Применение ионной имплантации в технологии ИС: формирование скрытых слоев, геттерирование.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЭТ

1.Методы получения объемных монокристаллов полупроводников.

Общая классификация методов. Методы выращивания монокристаллов из жидкой и газовой фаз: кристаллизация из расплавов, растворов, паровой фазы и газовой фазы с участием летучих соединений. Методы получения профилированных кристаллов. Основные особенности, сравнительные достоинства различных методов, сферы их практического использования. Принципы аппаратурного оформления процессов получения монокристаллов полупроводниковых материалов.

легирующих примесей. Принципы расчета легирующих добавок. Макрои микронеоднородности распределения примесей в монокристаллах полупроводников. Способы повышения химической однородности кристаллов. Принципы аппаратурного оформления процессов получения однороднолегированных монокристаллов.

3.Управление структурным совершенством кристаллов. Причины образования дефектов кристаллической решетки и их связь с условиями получения монокристаллов. Способы снижения концентрации выращивании монокристаллических полупроводников. Принципы аппаратурного оформления процессов получения монокристаллов с высокой степенью структурного совершенства.

4.Методы получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых жидкофазной и твердофазной эпитаксии. Основные особенности, сравнительные достоинства различных методов, сферы их практического использования. Принципы аппаратурного оформления процессов получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов.

оформлением процессов эпитаксии. Причины образования и способы Особенности дефектообразования при получении эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов. Основные причины образования структурных дефектов в эпитаксиальных гетерокомпозициях. Способы повышения структурного совершенства эпитаксиальных слоев.

Современные тенденции в развитии полупроводниковой технологии.

6.Перспективы и направления развития основных технологических полупроводниковых материалов.

7.Технология полупроводникового кремния. Области применения кремния. Источники сырья. Современные технологические схемы полупроводникового кремния по трихлорсилановой схеме. Разработка и совершенствование промышленных схем получения полупроводникового кремния с замкнутыми технологическими циклами. Силановый метод получения полупроводникового кремния.

Производство монокристаллического полупроводникового кремния. Основные методы получения монокристаллов. Выращивание монокристаллов кремния методом Чохральского. Основные легирующие примеси. Способы легирования. Технологические приемы повышения однородности распределения примесей в объеме монокристаллов кремния. Основные фоновые примеси, особенности их поведения в кремнии, способы снижения концентрации. Получение высокочистых монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки.

Особенности метода, способы его реализации. Аналитический контроль чистоты полупроводникового кремния. Получение бездислокационных монокристаллов кремния. Микродефекты в бездислокационных монокристаллах. Современные методы геттерирования точечных дефектов. Кремний для солнечной энергетики: современное состояние преобразователей солнечной энергии. Маркировка промышленного кремния.

8. Основные промышленные методы получения эпитаксиальных слоев кремния. Легирование эпитаксиальных слоев. Проблемы образования переходных слоев. Обеспечение однородности свойств и структурного совершенства эпитаксиальных слоев. Методы получения сверхтонких эпитаксиальных слоев и свехрешеточных структур на основе кремния. Твердые растворы кремний-германий: диаграмма фазовых равновесий, свойства, области применения.

соединения германия. Источники сырья. Основные области применения германия. Промышленные схемы получения полупроводникового германия. Извлечение германия из исходного сырья, концентрирование.

Получение и глубокая очистка тетрахлорида германия. Трудноудалимые примеси и способы очистки от них. Получение и водородное восстановление диоксида германия. Финишная кристаллизационная очистка германия. Основные методы получения монокристаллов германия. Легирование германия: основные легирующие примеси, их эпитаксиальных слоев германия.

10.Технология соединений типа А3В5 и твердых растворов на их основе. Классификация и основные свойства соединений Закономерности изменения свойств в этой группе материалов. Области применения.

кристаллическая и зонная структура, применение в электронной технике.

Особенности технологии арсенида галлия как разлагающегося полупроводникового соединения. Способы синтеза арсенида галлия.

Получение монокристаллов арсенида галлия методами вытягивания из расплава, горизонтальной и вертикальной направленной кристаллизации.

Собственные точечные дефекты в арсениде галлия и их роль в формировании электрофизических и оптических свойств соединения.

Связь типа и концентрации собственных точечных дефектов с условиями получения и последующей обработки монокристаллов. Проблемы поддержания стехиометрии монокристаллов и способы их решения.

Легирование монокристаллов арсенида галлия: основные легирующие примеси, способы легирования. Главные источники загрязнения монокристаллов арсенида галлия, основные фоновые примеси, способы снижения их концентрации. Получение эпитаксиальных слоев арсенида галлия. Основные методы газофазной эпитаксии арсенида галлия: метод газотранспортных реакций, хлоридный, хлоридно-гидридный и МОСгидридный методы. Жидкофазная эпитаксия арсенида галлия.

эпитаксиальных слоев арсенида галлия. Термодинамические и кинетические аспекты процессов эпитаксиального осаждения. Развитие низкотемпературных процессов. Способы стимуляции эпитаксии.

Другие соединения А3В5. Разлагающиеся соединения: арсенид индия, фосфиды галлия и индия. Неразлагающиеся соединения:

антимониды галлия и индия. Химические и физические свойства, кристаллическая и зонная структура. Особенности получения монокристаллов и эпитаксиальных структур фосфидов галлия и индия.

Области применения, приборы на основе этих материалов и перспективы их использования. Твердые растворы на основе (трехкомпонентные и четырехкомпонентные). Диаграммы фазовых равновесий: экспериментальные и расчетные. Зависимость основных свойств твердых растворов от их состава. Интерполяционные уравнения для расчета параметров твердых растворов. Области применения.

Методы получения эпитаксиальных слоев твердых растворов. Проблемы обеспечения однородности состава и структурного совершенства эпитаксиальных слоев и пути их решения. Проблемы формирования гетероструктур с резкими гетерограницами. Получение и применение многослойных структур и структур со сверхтонкими слоями.

закономерности изменения свойств в этой группе материалов. Роль собственных точечных дефектов в формировании физических свойств соединений Области применения. Основные методы получения монокристаллов и эпитаксиальных слоев соединений А2В6 и их твердых растворов. Проблемы контроля стехиометрии. Легирование.

11.Соединения типа A4В6. Основные свойства, области применения.

Основные методы получения монокристаллов и эпитаксиальных слоев соединений А4В6 и их твердых растворов. Проблемы контроля стехиометрии. Легирование.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фистуль В.И. Физика и химия твёрдого тела, т.т. 1,2, М.

Металлургия, 1995.

2. Фистуль В.И. Новые материалы (состояние, проблемы, перспективы), М. Металлургия, 1995.

3. Уманский Я.С., Финкельштейн Б.Н., Блантер М.Е. и др.

Физическое металловедение, М., ГНТЛ, 1955.

4. Физическое металловедение, Сб. статей т.1-3 под ред. Р. Кана, пер. с англ. М., Мир. 1968.

5. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., М., Наука, 1965.

6. Мейер К. Физико-химическая кристаллография, пер. с нем., М., Металлургия, 1972.

7. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах, М., Металлургия, 1978.

полупроводников и металлов, изд. 2-е, М. Металлургия, 1988.

9. Партон В.З. Механика разрушения. От теории к практике, М., Наука, 1990.

10. Вайнштейн Б.К. (под. ред.). Современная кристаллография, т. 4, М., Наука, 1981.

11. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики, М., Наука, 1975.

12. Най Дис. Физические свойства кристаллов, М., Мир, 1967.

13. В.В. Крапухин, И.А. Соколов, Г.Д. Кузнецов. Технология материалов электронной техники. Теория процессов полупроводниковой технологии. М., МИСИС,1995.

полупроводников и диэлектриков. М., Металлургия, 1988.

15. В.Б. Уфимцев, А.А. Лобанов. Гетерогенные равновесия в технологии полупроводниковых материалов. М., Металлургия, 1982.

16. М.Г. Мильвидский. Полупроводниковые материалы в современной электронике. М., Наука, 1986.

17. А.Я. Нашельский. Технология спецматериалов электронной техники. М., Металлургия, 1993.

18. А.Я. Нашельский Технология полупроводниковых материалов.

М., Металлургия, 1987.

19. Технология полупроводникового кремния (под ред. Э.С.

Фалькевича). М., Металлургия, 1992.

20. И.М. Скворцов. Технология и аппаратура газовой эпитаксии германия и кремния. М., Энергия, 21. М.Г. Мильвидский, О.В. Пелевин, Б.А. Сахаров. Физикохимические основы получения разлагающихся полупроводниковых соединений. М., Металлургия, 1974.

22. В.Б. Уфимцев, Р.Х. Акчурин. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии. М., Металлургия, 1984.

23 Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры (под ред. Л.

Ченга и К. Плога). М., "Мир", 1989.

24. Шалимова К.А. Физика полупроводников. М., Высшая школа, 1986.

25. В.П. Пасынков, В.С. Сорокин. Материалы электронной техники.

М. Высшая школа, 1986.

26. В.Л. Антипов, В.С. Сорокин, В.А. Терехов. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы. М., Высшая школа,1990.

27. С.С. Стрельченко, В.В. Лебедев. Соединения А3В5 :Справ. Изд.

М., Металлургия, 1984,. 28. Полупроводниковые соединения типа А3В5 (под ред. Р.

Вилардсона и Х. Геринга), М., Металлургия, 1967.

29. Физика и химия соединений типа А2В6 (под ред. М. Авена и Дж.

Пренера), М., Мир, 1970.

30. Ж. Бургуэн, М. Ланко. Точечные дефекты в полупроводниках.

Экспериментальные аспекты. Пер. с англ.(под ред. В.Л. Гуревича), М., Мир, 1985.

31. Н.А. Горюнова. Сложные алмазоподобные полупроводники. М., Сов. радио, 32. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, М: Высшая школа,1986.

33. Минайчев В.Е. Нанесение пленок в вакууме, М: Высшая школа,1989.

34. Гаврилов Р.А., Скворцов А.М. Технология производства полупроводниковых приборов, Ленинград, Энергия, 35. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников, М, Металлургия,1984.

36. Моряков О.С. Термические процессы в микроэлектронике, М:

Высшая школа, 1987.

37. Зи С,Технология СБИС, М, Мир,1986.

38. Арсенид галлия в микроэлектронике, М, Мир,1988.

39. Математическое моделирование. Получение монокристаллов и полупроводниковых структур. М., Наука, 1986 (сборник статей под ред.

Акад. А.А. Самарского) 40. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Физикохимические основы технологии получения полупроводниковых материалов. М., Металлургия, 1982.

41. Пфанн В. Зонная плавка. М., Мир, 1970.

42. Конаков П.К., Веревочкин Г.Е., Горяинов Л.А. Тепло- и массообмен при получении монокристаллов. М., Металлургия, 1971.

43. Кузнецов В.В., Москвин П.П., Сорокин В.С. Неравновесные явления при жидкостной гетероэпитаксии полупроводниковых твердых растворов. М., Металлургия, 1991.

44. Полежаев В.И. Моделирование процессов гидромеханикии и тепломассообмена при выращивании кристаллов (в сб. научных трудов:

Новые материалы электронной техники (под ред. Акад. Ф.А. Кузнецова)), Новосибирск, Наука, 45. Салли И.В., Фалькевич Э.С. Управление формой роста кристаллов.

Киев, Наукова Думка, 1989.

46. Марченко М.П., Фрязинов И.В., Численное моделирование процессов выращивания монокристаллов методом безтигельной зонной плавки.

Математическое моделирование. 1993. Т.5. N3.