Исследование и разработка материалов пленочных сорбентов и структур интегральных сорбционно-емкостных сенсоров для измерения влажности технологических газов микроэлектроники

• Автор: Копейкин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 227 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ

СЕНСОРОВ МИКРОВЛАЖНОСТИ.

Основные понятия пирометрии. Характеристики влагосодержания и

Благосостояния газов и выбор единиц измерения микровлажности

1.1. Температурные методы измерения микровлажности

1.1.1. Метод точки росы.

1.2. Сорбционные методы измерения микровлажности

1.2.1. Кулонометрический хемосорбционный метод измерения микровлажности

1.2.2. Вибросорбционный метод измерения микровлажности

1.2.3. Метод измерения влажности с помощью тонкопленочных импедансных сенсоров

1.3. Выбор метода измерения микровлажности
1.4. Выводы.
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТА ВЛАГОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЕВ ВС
2.1. Методы и оборудование, использованные при исследовании
сорбционных свойств ВС
2.1.1. Разработка методики и стенда для исследования адсорбционных свойств
2.1.2. Исследование сорбционных свойств ВС методом пьезокристаллического микровзвешивания
2.1.3. Исследование сорбционных свойств интегрального сорбционно
емкостного сенсора микровлажности ИСЕСМВ
2.2. Факторы, влияющие на сорбционные характеристики ВС ИСЕСМВ
2.3. Факторы формирования пленкообразующих растворов
2.3.1. Сущность метода гидролиза растворов
2.3.2. Материалы и методы, использованные при синтезе пленкообразующих растворов элементоорганических соединений
2.3.3. Исследование влияния состава композиций на адсорбционные свойства влагочувствитсльных слоев.
2.3.3.1.Влагочувствительные слои БЮг
2.3.3.2.Влагочувствительные слои системы БЮгАЬОз
2.3.3.3.Выбор состава влагочувствительного слоя и метода синтеза пленкообразующих растворов
2.4. Факторы формирования и обработки влагочувствительного слоя
2.4.1. Методика формирования влагочувствителыюго слоя
2.4.2. Исследование влияния процессов термообработки и гидратации на свойства влагочувствительного слоя
2.5. Факторы эксплуатации ИСЕСМВ.
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ И КОНСТРУКЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО СОРБЦИОННОЕМКОСТНОГО СЕНСОРА
МИКРОВЛАЖНОСТИ.
3.1. Разработка топологии интегрального сорбционноемкостного сенсора
микровлажности.
3.2. Анализ эквивалентной схемы ИСЕСМВ и влияния топологических
параметров на его характеристики.
3.3. Выбор конструкционных материалов ИСЕСМВ.
3.3.1. Выбор материала подложки
3.3.2. Выбор материалов диэлектрического слоя и нижних электродов
3.3.3. Выбор материала влагопроницаемого электрода.
3.3.4. Выбор материала влагочувствительного слоя.
3.4. Расчет топологии ИСЕСМВ.
3.5. Разработка технологического маршрута изготовления ИСЕСМВ
3.6. Разработка технологии формирования влагопроницаемого электрода
3.7. Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛАГОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ОСНОВНЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕГРАЛЬНОГО СОРБЦИОННОЕМКОСТНОГО СЕНСОРА МИКРОВЛАЖНОСТИ.
4.1. Исследование диэлектрических характеристик ИСЕСМВ.
4.2. Исследование частотных характеристик ИСЕСМВ.
4.3. Исследование градуировочных характеристик ИСЕСМВ
4.4. Исследование долговременной стабильности ИСЕСМВ.
4.5. Исследование динамических и температурных характеристик ИСЕСМВ.
4.5.1. Исследование температурных характеристик ИСЕСМВ.
4.5.2. Исследование динамических характеристик ИСЕСМВ
4.6. Исследование влияния давления на показания ИСЕСМВ
4.7. Выводы.
ГЛАВА 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ, РАЗРАБОТАННЫХ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО СОРБЦИОННОЕМКОСТНОГО СЕНСОРА МИКРОВЛАЖНОСТИ.
5.1. Измерительные преобразователи
5.1.1. Датчик точки росы с частотным выходом
5.1.2. Датчик точки росы с цифровым выходом.
5.2. Гигрометр точки росы ИВА8.
5.3. Гигрометр точки росы ИВА9.
5.4. Гигрометр точки росы ИВА7.
5.5. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ


Однако, при определении количества паров воды в технологических газах, используемых в микроэлектронике, наиболее часто пользуются двумя характеристиками объемная доля или объемная концентрация влаги и температура точки росы величины, отражающие влагосодержание и Благосостояние парогазовой смеси соответственно. Объемная доля влаги v определяется, как отношение парциального объема влаги к объему влажного вещества газа . Единицей измерения объемной доли влаги является объемный . При характеристике малых значений объемной доли влаги используется единица, связанная с объемным и называемая от английского, ii частей на миллион. Т.е. Температура точки росы Тт. Единицей измерения температуры точки росы является градус Кельвина однако обычно используют градус Цельсия. При отрицательных температурах различают температуру точки росы над плоской поверхностью воды и над плоской поверхностью льда на практике при определении содержания паров воды в технологических газах микроэлектроники используется температура точки росы над плоской поверхностью льда. На рис. Рис. Т температура пара, К. Приведенные формулы справедливы для температур от 0 до 0 С 1. С 1. В то же время ВМО рекомендует первую формулу и для отрицательных температур переохлажденной воды до С. Следует отмстить, что эта формула часто используется в метеорологической практике в области отрицательных температур. Поэтому при исследовании метрологических характеристик датчиков влажности в области отрицательных температур необходимо учитывать это обстоятельство. Следует обратить внимание на наличие существенных неточностей в действующем в настоящее время ГОСТ 8. ГСП. Влагометрия и гигрометрия. Термины и определения , в частности, отсутствие в нем такой характеристики Благосостояния газа, как точка инея, что не раз уже отмечалось в ряде работ , . Точка росы газа определяется как значение температуры газа, при достижении которой парциальное давление водяного пара становится равным давлению насыщенного водяного пара, при этой температуре и начинается конденсация влаги. При отрицательных температурах в равновесии с парами воды возможно существование, как льда, так и переохлажденной воды. Поэтому в этом диапазоне температур различают понятия давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды и давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью льда. Эти величины равны при О С и начинают существенно расходиться при снижении температуры таб. В связи с этим необходимо проводить четкое различие между понятиями точка росы и точка инея. Г2 2, 2 Т ,2 ,8 Г 1, 1п Т 1л р, 6,9 6 Тг 1,8 2Т3,8 , 6,7 1п Т
1. Таб. При этой температуре и начинается кристаллизация влаги, минуя фазу переохлажденной воды. Использование единицы точка росы в таблице пересчета объемной концентрации влаги в значение точки росы, приводимой в технической документации на широко распространенные кулонометрические гигрометры семейства Байкал 4 и во многих других источниках грубая ошибка, так как, в действительности, приводимые в этих таблицах значения являются точкой инея. Термин точка росы, используемый в настоящей работе, также характеризует температуру начала кристаллизации водяного пара, то есть, является на самом деле точкой инея, и его применение обусловлено, исключительно, соответствием хоть и устаревшему, но действующему ГОСТ, в котором и используют только термин точка росы. Общепринятыми единицами измерения микросодсржаний паров воды являются объемная концентрация ррту и температура точки росы точки инея С т. Нормативные документы, регламентирующие нормы содержания паров воды в технологических газах, содержат требования, как по объемной концентрации, так и по точке росы. Учитывая необходимость пересчета одной единицы измерения в другую, целесообразно применение в гигрометрах функции автоматического пересчета и возможности индикации любой из этих единиц измерения. Для температурных методов измерения величина, связанная с влажностью окружающей среды, является температура. Исторически первыми приборами для измерения точки росы стали, очевидно, конденсационные гигрометры. Метод точки росы основан на зависимости температуры конденсации паров воды на охлажденной поверхности сенсора от концентрации паров воды в газовой фазе. Таким образом, метод считается абсолютным.