Микроэлектронная технология изготовления тонкопленочных датчиков газов

• Автор: Просвирин, Денис Борисович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ ГАЗОВ

1.1. Общие требования к конструкциям датчиков газов.

1.2. Конструкции толстопленочных датчиков газов

1.3. Конструкции тонкопленочных датчиков газов.

1.4. Технологические способы получения пленок диоксида олова

1.4.1. Окисление слоев металлического олова

1.4.2. Гидролиз растворов хлорного олова.

1.4.3. Метод магнетронного напыления.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ.
2.1. Конструкции кристаллов газовых датчиков.
2.2. Технологические маршруты изготовления кристаллов газовых датчиков.
2.3. Технологические маршруты сборки кристаллов газовых датчиков
в корпуса.
2.4. Термообработка и газочувствительные свойства пленок Бп в составе газовых датчиков.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
3.1. Тепловые характеристики элементов датчика.
3.2. Анализ распределения тепловых потоков в конструкции датчика
3.2.1. Излучение.
3.2.2. Конвекция
3.2.2. Теплопередача
3.3. Экспериментальное определение тепловых потерь в конструкции газового датчика
3.3.1. Статический режим электропитания нагрева.
3.3.2. Импульсный режим электропитания нагрева
3.4. Устойчивость к механическим воздействиям различных конструкций газовых датчиков
3.4.1. Объекты и методика исследования устойчивости к механическим воздействиям конструкции газовых датчиков.
3.4.2. Вибрационное воздействие.
3.4.3. Воздействие одиночных ударов многократного действия и однократных ударов
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ГАЗОВОГО ДАТЧИКА.
4.1. Испытательный стенд для исследования стабильности свойств элементов конструкции датчиков газа под воздействием энергоциклов
4.2. Режимы испытаний датчиков газа
4.3. Результаты исследования стабильности свойств элементов конструкции датчиков газа при импульсном режиме работы
4.4. Результаты исследования стабильности свойств элементов конструкции датчиков газа при непрерывном режиме работы
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Проведены исследования устойчивости газовых датчиков к механическим воздействиям и стабильности свойств элементов конструкции в реальных условиях эксплуатации. Технология изготовления газового датчика, адаптированная к технологии серийного производства СВЧ транзисторов и соответствующая требованиям взрывозащиты. Газочувствительные свойства макетных образцов газовых датчиков. Расчетные и экспериментальные данные по исследованию механизмов тепловых потерь при статическом и импульсном режимах электропитания. Экспериментальные данные по исследованию устойчивости макетных образцов газовых датчиков к механическим воздействиям и стабильности свойств датчиков газа в реальных условиях эксплуатации. Москва, ); XXI Международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж, ). По материалам исследований опубликовано работ. В совместных работах автору принадлежит проведение и обработка результатов экспериментальных исследований, разработка технологических маршрутов изготовления газового датчика, разработка методик испытаний макетных образцов датчиков газа, выполнение теоретических расчетов. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Работа изложена на 3 страницах текста, включая 6 таблиц, иллюстраций и список использованной литературы из наименований. РФФИ 3 "Моделирование процессов взаимодействия токсичных газов с нанокристаллическими пленками микроэлектронных сенсоров" и гранта Т. Полупроводниковые оксидные пленки, нанокомпозиты для микроэлектронных датчиков газа". ГЛАВА 1. Газовые датчики, производимые в промышленных объемах в настоящее время, подразделяются по своему типу на тонко- и толстопленочные. Критерием для такого разделения служит отношение общей толщины пленки к размеру зерна в пленке. Тонкими считаются пленки, у которых это отношение составляет несколько десятков, для толстых - может достигать нескольких сотен и более. Как правило, при использовании толстых пленок размер зерна задается при изготовлении чувствительного материала - размалывание предварительно синтезированного 8пОг в мельницах или распыление растворов из фильер, с последующей обработкой - выдержкой в растворах определенного состава при различных условиях длительное время, и приготовлением раствора -геля для нанесения его на подложку. В случае нанесения тонких пленок размер зерен напрямую связан с параметрами технологических процессов создания собственно самого газочувствительного вещества, так как процессы синтеза и нанесения на подложку зачастую происходят одновременно /1/. Существуют некоторые общие требования к полупроводниковым газовым датчикам всех типов. Хемосорбция молекул на поверхности полупроводниковых окислов является первой стадией гетерогеннокаталитических процессов, заканчивающихся хемодесорбцией. Для активации этих процессов необходима определенная энергия, поэтому все газовые датчики работают при повышенных (относительно комнатной) температурах. Кроме того, полупроводниковые окислы должны иметь достаточную химическую устойчивость, не образовывать устойчивых соединений с адсорбируемыми молекулами и обладать термической и механической прочностью. Энергопотребление является чрезвычайно важным критерием, характеризующим качество проектирования и изготовления газового датчика. Снижение энергопотребления актуально потому, что при изготовлении портативного газового детектора, как правило, стоит задача миниатюризации контролирующего прибора и уменьшение веса, большую часть которого составляют, как правило, источники электропитания -батареи или аккумуляторы. К тому же пониженное энергопотребление позволяет увеличить срок автономной работы датчика от одного комплекта батарей. Приемлемым считается, если потребляемая мощность не превышает 1 Вт. Как правило, выполнение этого требования напрямую зависит от выбранного способа повышения теплового сопротивления между кристаллом ГД к окружающим элементам конструкции. Чаще всего для теплоизоляции используют воздушную прослойку, так как воздух обладает как минимум на порядок меньшей теплопроводностью, чем самые лучшие из доступных теплоизоляторов.