Проблемы проектирования интегральных тензопреобразователей давления на основе слоев поликристаллического кремния

• Автор: Любимский, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 295 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ.

1.1. Технолог ия изготовления и структура поликристаллического кремния .

1.2. Модели электропроводности поликристаллического кремния

1.3. Пьезорезистивные и упругие свойства поликремния.

1.4. Влияние импульсного токового отжига на электропроводность иоликремния

1.5. Упругие элементы тензопреобразователей давления.

1.6. Распределение деформации в мезаструктурах.

Выводы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2. МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА В СЛОЯХ

ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ.
2.1. Феноменологическое описание эффекта пьезосопротивления в
пленках поликристаллического кремния в линейном приближении.
2.2. Нелинейность ньезорезистивного эффекта в пленках поликристаллического кремния.
2.3. Модель рассеяния дырок на потенциальных барьерах в поликристаллическом кремнии.
2.4. Ньезосопротивление в пленках поликристаллического кремния р
2.5. Влияния импульсного токового отжига на электрофизические характеристики поликристаллического кремния р типа.
2.6. Модель электропроводности поликристаллического кремния р типа, учитывающая растекание тока в кристаллитах.
Выводы.
3. АНАЛИЗ ПОЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И ИХ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ В ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ДИАФРАГМАХ.
3.1. Механические напряжения в прямоугольных диафрагмах при больших прогибах.
3.2. Экспериментальные исследования прогибов и напряжений в квадратных диафрагмах
Выводы.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОНО И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
4.1. Влияние температуры роста и термического отжига на электрофизические характеристики поликристаллического кремния.
4.2. Использование технологии для создания тензопреобразователей сенсоров давления
5. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ С ПОЛИКРЕМНИЕВЫМИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРАМИ
5.1. Влияние линейных размеров поликремниевых резисторов на их
тензочувствительность.
5.2. Тепловая модель тензорезистора.
5.3. Влияние текстуры на тензочувствительность поликремниевых тензорезисторов ртипа
5.4. Расположение тензорезисторов на диафрагме, определение выходного сигнала тензопреобразователя давления.
5.5. Начальный выходной сигнал тензопреобразователя давления
6. КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ С ПОЛИКРЕМНИЕВЫМИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРАМИ
6.1. Тензопреобразователь давления с поликремниевыми островками
6.2. Применение профилированных диафрагм для повышения чувствительности сенсоров давления
6.3. Тензопреобразователь с уменьшенной нелинейностью выходного сигнала.
6.4. Тензопреобразователь давления со специальной зависимостью выходного сигнала.
6.5. Тензопреобразователь давления с температурно независимым выходным сигналом
6.6. Сенсоры давления со стальными разделительными диафрагмами
Заключение раздела 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Личный вклад соискателя постановка и решение задач, разработка экспериментальных установок, методов исследования, проведение экспериментальных и теоретических исследований, анализ и обобщение результатов. Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в научных статьях и материалах международных, всесоюзных и республиканских конференций, а также в 5 патентах. Отдельные результаты отражены в зарегистрированных ВНИТЦ отчетах по НИР. Основных публикаций по теме диссертации . Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения списка литературы, включающего 5 наименований и приложения. Диссертация содержит 3 страницы основного текста, включая 3 рисунков и Зтаблицы. Слои поликристаллического кремния с диэлектрической изоляцией могут быть получены несколькими методами 8. Однако основным методом, использующимся в настоящее время в промышленности, является метод V i v ii 8. Суть метода заключается в том, что на стандартной кремниевой пластине создается изолирующий слой нитрида кремния или двуокиси кремния, на который затем методом пиролиза силана в реакторе пониженного давления РПД реакторе осаждается пленка поликристаллического кремния. Этим методом получают слои хорошего качества и однородной толщины 8,. Поликристаллические слои, полученные методом V, легируются после их изготовления или с помощью диффузии, или, как правило, ионной имплантацией 8 и для изготовления тензопреобразователей легирование слоев поликремния производится бором. Для снятия нарушений кристаллической решетки, роста размеров кристаллитов, стабилизации характеристик поликремниевых слоев и активации примеси проводится термический отжиг. Термический отжиг проводится в атмосферах азота, кислорода или аргона при температурах 0 С С в течение минут 8. Во время термического отжига происходит ускоренная диффузия атомов вдоль границ кристаллитов зерен, рост зрен и сегрегация атомов примеси на границах зрен , причем сегрегация примеси для атомов бора не наблюдается , . При температурах термического отжига выше С средний размер кристаллитов сильно возрастает , , . Неоднократно делались попытки путем локального разогрева, например, лазером, обеспечить направленную кристаллизацию и превратить поликристаллическую пленку в монокристаллическую, но промышленную технологию к настоящему времени создать не удалось. Поликремниевые слои, выращенные методом V, могут быть изотропными или иметь текстуру. Структура поликремниевых слоев определяется условиями роста, толщиной слоев, концентрацией примеси и условиями термического отжига 8, . Так слои, выращенные при температуре больше 0С поликристаллические, а выращенные при меньших температурах аморфные . Исследования, проведенные в , показали, что при температуре роста 5С наиболее часто встречаются текстуры НО. А , . Из всех кинетических явлений в поликристаллическом кремнии наиболее полно исследована электропроводность 8, . К1 до 3К1 при изменении от см3 до Ю см3 8. Холловская подвижность дырок имеет минимум в зависимости от . Причем положение минимума зависит от размеров кристаллитов. Ыа 3 см3 , . В была предложена модель электропроводности поликремния, которая затем была дополнена и расширена , и является в настоящее время основной для объяснения экспериментальных результатов и разработки новых моделей . Основные положения этой модели заключаются в следующем. Хотя поликристаллический кремний состоит из кристаллитов различных размеров, форм и ориентаций, в поликристалл рассматривается состоящим из одинаковых кристаллитов. Внутри кристаллита атомы упорядочены так же, как и в монокристалле, а на границах кристаллитов имеются ловушечные состояния с поверхностной плотностью 2,. Примесь в поликристалле распределена равномерно и сегрегация бора в поликремнии не наблюдается . Ловушечные состояния первоначально нейтральны и заряжаются за счет захвата свободных носителей заряда. В рассмотрены два случая
2. ЬЫа0. При увеличении концентрации примеси, когда выполняется условие
Ух
1. Из 1. I 2 а затем уменьшается. Ув максимальное значение потенциального барьера. Из 1. Ув имеет максимум в зависимости от концентрации введенной примеси, то эффективная подвижность дырок будет иметь минимум.