Курсовая работа: Разработка магнитодиода

L, С, A - соответственно длина, высота и ширина магнита;

Z - длина рабочего зазора;

геометрические размеры концентраторов: Lк - длина прямой части концентратора, Ак - ширина концентратора, Вк - толщина концентратора;

α - угол между изгибной частью концентратора и вертикалью.

Вк =0,001м; Lк =0,005м;

Ак=0,003м; Z =0,002м;

L=0,003м; С=0,004м;

A=0,003м; α=30º.

Для расчета системы концентратор магнитного потока условно разбивается на участки, ограниченные пунктирными линиями. Границы деления выбраны с учетом упрощения дальнейшего расчета.

Рис. 3.1 Дипольная магнитная система. Схема путей рассеяния магнитного потока: I - магнит; II - концентраторы магнитного потока; III - рабочий зазор; проводимости а) магнита: 1 - Lm, б) концентраторов: 2 - Lа2 - между боковыми торцами; 3 - Lа3 - между прямыми участками наружных (внешних) поверхностей; 4 - Lа4 - между боковыми поверхностями прямых участков; 5 - Lа5 - между секторными участками боковых поверхностей; 6 - Lа6 - между внутренними участками изогнутых поверхностей; 7 и 8 - Lа7 и Lа8 - между боковыми участками изогнутых поверхностей; 9 - Lа9 - между внутренними прямыми участками; 10 и 11 - Lа10 - между внешними участками изогнутых поверхностей; 12 - Lа12 - между внешними участками изгиба; в) рабочего зазора: 13 - Lр

Расчет:

Общая проводимость магнита определяется с учетом того, что проводимость умножается на 4 за счет учета четырех плоскостей рассеивания

, (3.1)

где μ0 - магнитная постоянная (μ0=4π·10-7 Гн/м).

Определяется проводимость рассеяния арматуры, соответствующая путям 2 и 4 (рис.3.1), причем для путей 4 проводимость удваивается за счет учета обоих сторон системы

,  (3.2)

 (3.3)

Проводимость рассеяния арматуры, соответствующая путям 3

, (3.4)

где g1 и g2 определяются из графиков (рис.3.2). Параметры g1 и g2 зависят соответственно от Lк /С и Aк /С.

Рис. 3.2. Проводимость между параллельными прямоугольными поверхностями, обращенными в противоположные стороны:

g’=f(m’,n’), где ,

g”=f(m”,n”), где ,

Для определения проводимости рассеяния 5 между секторными частями секторы заменяются квадратами, эквивалентными по площади секторам, причем центры квадратов расположены на линиях центров масс секторов (рис.3.3) (проводимость удваивается за счет обоих сторон системы) \

,  (3.5)

где X1 и T1 - соответственно сторона квадрата и расстояние между ними.

Площадь сектора

,  (3.6)

Сторона квадрата Х1 и расстояние между квадратами Т1

  (3.7)

Расстояние между квадратами

, (3.8)

Проводимости рассеяния арматуры 6 рассчитываются по аналогии с методом, как длина отрезка, проведенного под углом (π/2-α/2) к эллипсу, образованному полуосями Λа 6_1 и Λа 6_2 (рис.3.4-3.5)

	(3.9)
,	(3.10)
Уравнение эллипса: Уравнение прямой: Находим точку пересечения эллипса и прямой: x=4.9275·10-10 y=1.8389·10-9 Находим Λа 6, как длину отрезка между двумя точками (0; 0) и (4.9275·10-10; 1.8389·10-9):

Проводимости рассеяния 7 и 8 рассчитываются аналогично (7.5), ипользуя эквивалентные прямоугольники

, (3.11)

, (3.12)

где Х 2 - Х5 - стороны прямоугольников; Т2 и Т3 - расстояния между ними. Площади прямоугольника (для путей рассеяния 7) и треугольника (для путей рассеяния 8) соответственно определяются

, (3.13)

, (3.14)

Стороны новых прямоугольников

, (3.15)

  (3.16)

 (3.17)

 (3.18)

Проводимость рассеяния арматуры 9 согласно

, (3.19)

Проводимости 10 и 11 объединяются в одну и рассчитываются аналогично п.5 (по полуосям эллипса Λа10_1 и Λа10_2), причем значения проводимостей, которые соответствуют полуосям эллипса, определяются согласно рис.3.6, 3.7. Непараллельностью близлежайших сторон фигуры на данном этапе можно пренебречь, но в дальнейшем при расчете проводимости рабочего зазора через выпучивание у краев она учитывается.

, (3.20)

где g3 и g4 зависят от соотношения сторон фигуры (рис.3.7) и определяется из графиков (рис.3.4, 3.7)

, (3.21)

По аналогии с п.5 определяем:

 (3.22)

где Х6 - высота прямоугольника.

Площадь цилиндра

, (3.23)

Боковая сторона прямоугольника (рис.3.8)

, (3.24)

Проводимость рабочего зазора между полюсами с учетом выпучивания поля с боковых поверхностей, расположенных под различными углами.

, (3.25)

где Арасч и Врасч - "расчетные" размеры полюсов

, (3.26)

, (3.27)

где g5, g6, g7 - удельные проводимости ребер полюса, зависящие от координат поля выпучивания, выбираются из графика (рис.3.9).

Суммарная проводимость рассеяния арматуры

 (3.28)

Строится кривая размагничивания (рис.7.12).

, (3.29)

Где

, (3.30)

=776375,92

 (3.31)

a=0.941

где Вr - остаточная индукция, Hcb - коэрцитивная сила по индукции, Bd и Hd - координаты экстремальной точки, определяющей максимум энергетического произведения.

Строится прямая проводимости магнита под углом α1 к оси Н (рис.3.10)

,

 (3.32)

Из точки пересечения функций B (H) и (3.10) под углом α2 к горизонтали строится кривая магнитного возврата (рис.3.10)

, (3.33)

где Кv - коэффициент возврата.

, (3.34)

Определяются координаты рабочей точки Вм и Нм (рис.3.10) на пересечении кривой магнитного возврата и прямой внешней проводимости.

Определяется индукция в зазоре Вр через коэффициент рассеяния [2].

, (3.35)

где Sm и Sz - соответственно площади поперечного сечения магнита и рабочего зазора; σ - коэффициент рассеяния магнитного потока;

 (3.36)

где

Pa, Рb и Рс - периметры поперечных сечений соответственно наклонной части концентратора, прямой части концентратора и магнита.

Площадь поперечного сечения рабочего зазора

 (3.37)

Площадь поперечного сечения магнита

 (3.38)

Периметр наклонной части концентратора

 (3.39)

Периметр прямой части концентратора

 (3.40)

=0.008

Периметр магнита

 (3.41)

По приведенной методике определяется максимальная магнитная индукция на магнитной нейтрале в зазоре дипольной МС.

1) Построим график зависимости индукции от перемещения для дипольной МС (рис 3.11)

, (3.42)

где Вmax - максимальное значение магнитной индукции в зазоре дипольной системы, определяемое величиной магнитных проводимостей системы, Тл; X - смещение измерителя магнитной индукции (ИМИ) относительно положения с Вmax, м; k - коэффициент, зависящий от ширины ИМИ (k==0,13…0.17).

3.2 Расчет магнитодиода

Исходные данные для расчета параметров магнитодиода:

Исходный материал - арсенид галлия.

Удельному сопротивление - 25000 Ом·см;

Время жизни неосновных носителей заряда - 600 мкс.

Рабочее напряжение - 2 В.

Ток, протекающий через магнитодиод, I=0,25 мА, при индукции магнитного поля B=0.23 Тл. Возникающее холловское напряжение при заданном токе и индукции Uх=2,5 В. Напряженность электрического поля E=1,37·104 В/см. Толщина пластины (рис.3.12) определяется из уравнения

, (3.43)

где  - коэффициент Холла; h - толщина полупроводниковой пластины в направлении магнитного поля; I - ток, текущий через пластину; q - заряд электрона (1,6·10-19 Кл); p - концентрация носителей заряда в базе магнитодиода; B - магнитная индукция внешнего магнитного поля

. (3.44)

Концентрация носителей заряда в базе магнитодиода

, (3.45)

где r - удельное сопротивление пластины, Ом·см; mр - подвижность дырок, 400 см2/ В·с.

Рис. 3.12. Конструкция магнитодиода

Подставим это выражение в формулу (3.44)

Ширина пластины магнитодиода находится из выражения

, (3.46)

где v - дрейфовая скорость носителей заряда в магнитодиоде, которая равна

где mр - подвижность дырок; E - напряженность электрического поля.

v = 400-4·1.37·106= 5,48·104 м/с.

Подставим это значение в формулу (3.38)

.

Оптимальное значение отношения d/L, т.е. длины базы к длине диффузионного смещения

(d/L) опт= 1.2+0.5·ln (pо·r), (4.5)

где L - длина диффузионного смещения, см; pо=P/S - удельная рассеиваемая мощность, Вт/см2; S - площадь поперечного сечения магнитодиода, см2; P - рассеиваемая мощность, Вт; r - удельное сопротивление, Ом·см; рассеиваемая мощность:

P = U·I = 2·0,25·10-3 = 5·10-4 Вт.

Площадь поперечного сечения магнитодиода

S = h·а = 235·10-5·1,94·10-4 = 456,2·10-5 см2.

Удельная рассеиваемая мощность

.

Подставим полученные значения в формулу (3.39)

(d/L) опт»1.2+0.5·ln (109,6·25·103) = 8,612

Длина диффузионного смещения находится из выражения

, (3.47)

где b=mn / mp; mр - подвижность дырок, 400 см2/B·с; mn - подвижность электронов, 8500 см2/B·с; jт - температурный потенциал, 0.025 В; tр - время жизни носителей заряда, для данного материала > 600 мкс.

см.

Длина базы магнитодиода равна

d = L·8,612 = 3,38·10-4·8,612 = 0,29 см.

Длина магнитодиода с учетом ширины контактных площадок равна

l = 2,9+2·0.8 = 4,4 мм.

Основные геометрические размеры магнитодиода:

h (толщина) = 0,23 мм;

а (ширина) = 0, 194 мм;

d (длина базы) = 2,9 мм;

l (длина магнитодиода) = 4,4 мм.

Проведем расчет параметров ионного легирования арсенида галлия для создания n+ - и p+-областей под инжектирующий и антизапирающий контакты; n+ - область образуется введением атомов фосфора, а p+ - введением атомов бора.

Основные исходные данные для расчета параметров ионного легирования: ускоряющее напряжение E =100 кэВ; доза легирования Ф =1012 см-2 (при легировании бором); доза легирования Ф =1012 см-2 (при легировании фосфором). Необходимо рассчитать глубину залегания p-n перехода. При легировании бором E=100 кэВ, Rp=307 нм, DRp=69 нм

, (3.48)

где Rp - средняя проекция пробега иона; DRp - среднее квадратичное отклонение проекции пробега;

см-3.

Глубина p-n перехода определяется из соотношения

, (3.49)

где Nо - исходная концентрация примесей в подложке.

Глубина залегания p-n перехода при ионном легировании бором равна 0.6 мкм.

В процессе легирования фосфором при E=100 кэВ, Rp=135 нм, DRp=53 нм

Магнитная чувствительность полученного магнитодиода

, (3.50)

где U = 2В - напряжение на магнитодиоде при B = 0.

Вольт-амперная характеристика магнитодиода

 (3.51)

 (3.52)

Подставляя значения напряжения от 0 до 2 В, строим график зависимости I = f (U) (рис.3.13).

Рис.3.13. Вольт-амперная характеристика магнитодиода

Построим график зависимости выходного напряжения магнитодиода от перемещения U (X) (рис.3.14).

где:, I - управляющий ток, мА, Вmax - максимальное значение магнитной индукции в зазоре дипольной системы, определяемое величиной магнитных проводимостей системы, Тл; X - смещение измерителя магнитной индукции (ИМИ) относительно положения с Вmax, м; k - коэффициент, зависящий от ширины ИМИ (k==0,13…0.17).

Рис. 3.14. Зависимость выходного напряжения от смещение измерителя магнитной индукции относительно положения с Вmax.

4. Разработка топологии кристалла

При разработке топологии кристалла полупроводникового датчика на кристалле необходимо учитывать следующие конструктивно-технологические ограничения [8]:

Таблица 4.1 - Конструктивно-технологические ограничения

Кристалл размерами 4400800290мкм датчика представляет собой арсенид галлиевую подложку (ρ=25000 Ом·см) с выполненными на ней магнитодиодом, полученный методом ионной имплантации. Глубина ионной имплантации бора составляет 0,6 мкм. Примесь фосфора внедряется на глубину 0,4 мкм. Для внешней разводки предусмотрены контактные площадки размером 350´350 мкм.

Фигуры совмещения располагают одной-двумя группами на любом свободном месте кристалла. Они могут иметь любую форму (чаще всего квадрат или крест). Причем, на каждом фотошаблоне, кроме первого и последнего, имеются две фигуры совмещения, расположенные рядом друг с другом. Меньшая фигура предназначена для совмещения с предыдущей операцией, а большая - с последующей. На первом фотошаблоне расположена только большая фигура, на последнем только меньшая. [8]

Исходя из вышеприведённых положений, разрабатывается топология кристалла, т.е. наиболее оптимальное размещение на кристалле элемента и контактных площадок. Чертёж кристалла приведён в приложении А.

5. Составление схемы электрической принципиальной устройства

Схема электрическая принципиальная датчика содержит две части (рис 5.1): согласующую; усилитель.

Магнитное поле изменяет сопротивление магнитодиода и, следовательно, входной ток транзистора, что приводит к изменению падения напряжения на резисторе R3, с которого снимается выходное напряжение. Оптимальное значение индукции постоянного магнитного поля смещения Bсм зависит от R1. Выбором значения R2 можно в широких пределах изменять значения Bсм при заданном Bупр.

Из множества операционных усилителей выбран измерительный операционный усилитель ОР-07, поскольку он отличается малым входным напряжением, малым напряжением шумов, достаточно большим коэффициентом усиления, широким диапазоном рабочих напряжений.

Усилитель ОР-07 в с своей структуре содержит входной усилительный каскад и конечный, между ними на элементах С1, С2, R8, R10, собирается схема фильтра.

Рис 5.1. Схемы электрической принципиальной датчика.

6. Разработка технологии изготовления чувствительного элемента

Основные параметры и требования технологического процесса к подложкам арсенида галлия [7]

Требования к подложкам нелегированного полуизолирующего GaAs приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Технология формирования транзисторных структур [7]

В настоящее время и в обозримом будущем ионная имплантация будет являться наиболее распространенным методом формирования активных слоев в массового производства ввиду таких очевидных преимуществ, как: простота осуществления, высокая однородность и воспроизводимость параметров имплантированных слоев, локальность метода. Характерной особенностью процесса в технологии GaAs является необходимость имплантации малых доз примеси и малые глубины залегания слоев. Основными требованиями к оборудованию для имлантации являются: контроль и воспроизводимость малых доз имплантируемой примеси, формирование пучков с малым разбросом по энергиям (моноэнергетических), контроль эмиссии источников ионов, контроль поперечного сечения пучка, подавление эффектов каналирования, контроль привносимых загрязнений, заряда и температуры пластин во время имплантации, отсутствие взаимодействия ионного пучка с конструкционными материалами установок имплантации.

Помимо имплантации, существенным моментом формирования активного слоя, является активационный отжиг, проводимый при температурах порядка 800 - 900о С.

Тре6ования к технологии формирования активных слоев приведены в таблице 6.2. [7]

Таблица 6.2

Режим обработки пластин приведены в таблице 6.3. [7]

Таблица 6.3

Требования к технологии обработки поверхности. [7]

На заключительных стадиях производства технология обработки поверхности, в основном, определяется задачами, возникающими при осаждении металлических и диэлектрических слоев, травлении, формировании контактов и при проведении операций планаризации. Поэтому требования к технологии обработки поверхности на данных стадиях практически не отличаются от аналогичных требований технологии кремниевых пластин.

На начальных стадиях производства требования к технологии обработки поверхности определяются требованиями формирования границы раздела арсенида галлия с металлическими, диэлектрическими и полупроводниковыми слоями. Наиболее существенными из них являются: структурное совершенство и отсутствие нарушений стехиометрии поверхности GaAs, снижение поверхностной концентрации металлов и органики, пассивация поверхности полупроводника с целью задержки формирования естественного окисла. Однако основная трудность их реализации заключается в том, что они должны выполняться как при подготовке поверхности пластин к эпитаксиальному наращиванию (подготовка исходной поверхности), так и при очистке поверхности в окнах фоторезиста и (или) диэлектрика перед операцией нанесения металлизации омических контактов. Это свидетельствует о том, что одни и те же результаты очистки должны достигаться различными методами обработки (органические и неорганические составы, сухие процессы), а также их комбинацией, В каждом конкретном случае технология обработки будет определяться экономической целесообразностью.

В настоящий момент и в обозримом будущем жидкостные методы очистки будут использоваться наиболее широко, ввиду таких присущих водным растворам свойств, как высокая растворимость в них металлов, эффективная передача звуковой энергии при ультразвуковой очистке поверхности от загрязняющих частиц. Способы же обработки будут отличаться значительным разнообразием: обработка в разбавленных и чередующихся реактивах, обработка погружением и распылением, использование ультразвука, поверхностно-активных веществ, гидромеханической отмывки в воде и органических растворителях. Для технологии GaAs ИС наиболее принципиальными моментами являются: использование неокисляющих реактивов и сушка пластин без доступа атмосферного кислорода.

Требования к технологии обработки поверхности приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Технология изготовления магнитодиода.

Для изготовления магнитодиодов используют арсенид галлия p-типа проводимости с r³25 кОм·см и временем жизни носителей заряда более 600 мкс

Пластины арсенида галлия толщиной 0.4 ± 0.1 мм вначале шлифуют, полируют до 14-го класса шероховатости и стравливают нарушенный поверхностный слой. Проводится фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование бором.

Ионное легирование проводится на ускорителе типа "Везувий" бором трехфтористым (BF3) с энергией 100 кЭв и дозой облучения 330 мкКл/см2. Поверхностное сопротивление легированной области должно быть rS= 800 Ом/ÿ. Таким образом, получается область p+-типа проводимости.

Удаление маски фоторезиста проводят плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода. После обязательной межоперационной очистки пластин проводится вторая фотолитография для формирования маски из фоторезиста под легирование области фосфором.

Ионное легирование для формирования области n+ проводится фосфором треххлористым (PCl3) до получения удельного поверхностного сопротивления rS=130 Ом/ÿ.

После удаления фоторезиста и химической обработки пластин проводят повторное осаждение пиролитического окисла толщиной (0.4±0.1) мкм для формирования маски для получения контактов к легированным областям. Затем с помощью третьей фотолитографии вскрываются окна под контакты к областям p+ - и n+-типа, после чего на всю поверхность пластины наносится пленка сплава Al толщиной (0.8-1.5) мкм при температуре подложки 200 °C.

Далее проводится четвертая операция фотолитографии по сплаву алюминия для формирования контактных площадок. В окнах, вскрытых в защитном окисле, сплав образует электрический контакт с арсенидом галлия после кратковременного отжига (10 мин) при температуре (550±1) °C в атмосфере азота. Затем проводится контроль функционирования магнитодиодов с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов типа Л2-56.

После контроля функционирования проводится низкотемпературное осаждение окиси арсенида галлия толщиной (0.37-0.52) мкм для защитного покрытия магнитодиода (пассивация) при температуре (420-450) °C.

Затем проводится еще одна (пятая) фотолитография по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам.

При изготовлении магнитодиодов применяются многослойные контактные площадки. В качестве контактного и адгезионного слоев используется пленка хрома с удельным сопротивлением rS= 180-220 Ом/ÿ, а в качестве проводящего слоя - пленка меди толщиной (1-1.5) мкм.

После напыления пленок хрома и меди проводится шестая фотолитография для нанесения гальванического покрытия сплава олово-висмут толщиной 8-12 мкм на контактные площадки для защиты пленки от окисления и для улучшения присоединения внешних выводов к контактным площадкам. Затем проводится гальваническое наращивание слоев олово-висмут и после удаления пленки фоторезиста - травление с оставшейся поверхности пластины напыленных пленок меди и хрома. Зона с повышенной скоростью рекомбинации формируется грубой шлифовкой грани, противоположной грани с контактами. Этим методом обеспечивается скорость рекомбинации выше 2·103 см/с. На "планарной" грани скорость поверхностной рекомбинации существенно ниже.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

з)

и)

к)

л)

м)

н)

Рис. 6.1. Схема технологического процесса изготовления магнитодиода: а) нанесение пиролитического окисла; б) фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование бором; в) ионное легирование бором; г) фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование фосфором; д) ионное легирование фосфором; е) формирование контактных окон в защитной пленке окисла перед напылением алюминия; ж) напыление пленки алюминия; з) фотолитография по алюминию для формирования контактных площадок; и) нанесение защитной пленки пиролитического окисла; к) фотолитография для вскрытия контактных площадок; л) напыление адгезионного подслоя хрома и проводящего слоя меди; м) фотолитография для нанесения гальванического покрытия сплава олово-висмут; н) нанесение сплава олово - висмут и травление пленок меди и хрома.

Маршрут изготовления магнитодиодов.

1. Химическая обработка арсенид галлиевых пластин, двухстадийная в перекисно-аммиачном растворе и смеси Каро. Смесь Каро - H2О2: Н2SO4= 1: 3.

2. Отмывка в деионизованной воде в течение 4-6 минут.

3. Низкотемпературное осаждение пиролитического окисла толщиной (0.4±0.1) мкм. Продвигать лодочку с пластинами через три зоны с разными температурами: 250 °C, 350 °C и 450 °C, по три минуты в каждой. Затем выдержать в зоне при 500 °C в течение (5±1) мин в парах окислителя от 60 до 150 мин.

5. Травление окисла. Состав травителя: H2O - 206 мл, аммоний фтористый (NH4F) - 401 г, кислота фтористоводородная (HF) - 60 мл, кислота уксусная (CH3COOH) - 166 мл, глицерин (C3H8O3) - 166 мл. Остатки окисла на пластине не допускаются.

6. Фотолитография для получения маски из фоторезиста под легирование бором. Фоторезист ФП-РН-7 или ФП-383.

7. Ионное легирование бором для формирования областей p+. Доза облучения - 330 мкКл/см2, энергия - (80¸100) кэВ, поверхностное сопротивление rS = 800 Ом / ÿ.

8. Удаление маски фоторезиста плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода (О2).

9. Химическая обработка пластин в перекисно-аммиачном растворе.

10. Фотолитография для получения маски из фоторезиста под легирование фосфором. Фоторезист ФП-РН-7 или ФП-383.

11. Ионное легирование фосфором для формирования областей n+. В качестве источника примесей используется фосфор треххлористый (PCl3). Доза облучения - 330 мкКл/см2, энергия (80¸100) кэВ, поверхностное сопротивление rS = 130 Ом/ÿ.

12. Удаление маски фоторезиста плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода (О2).

13. Химическая обработка пластин в смеси Каро.

14. Низкотемпературное осаждение окисла толщиной (0.4±0.1) мкм.

15. Фотолитография для формирования окон под контакт с металлизацией.

16. Химическая обработка пластин перед напылением.

17. Напыление пленки сплава Al толщиной (0.8-1.5) мкм, температура подложки 200 °C.

18. Фотолитография по сплаву алюминий-галлий для формирования контактных площадок. Травления не более 1.5 мкм, уход размеров не более 2 мкм.

19. Химическая обработка пластин перед вжиганием Al.

20. Термообработка для формирования надежных контактов между контактными площадками и легированными слоями (вжигание Аl) при температуре (500±1) °C в течение 10 мин в атмосфере азота.

21. Контроль функционирования с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов Л2-56. Не удовлетворяющие требованиям пластины бракуются.

22. Химическая обработка пластин.

23. Низкотемпературное осаждение окисла толщиной (0.37¸0.52) мкм для защитного покрытия элементов (пассивация) при температуре (420¸450) °C.

24. Фотолитография для вскрытия контактных площадок.

25. Травление (вскрытие контактных площадок в пиролитическом окисле). Состав травителя: Н2O - 412 г, NH4F - 174 г, HF - 58 г, CH3COOH - 160 г, глицерин - 160 г.

26. Химическая обработка пластины в перекисно-аммиачном растворе.

27. Напыление слоев хром-медь. Пленка хрома пылится с удельным сопротивлением r= (180¸220) Ом/ÿ, а пленка меди толщиной (1¸1.5) мкм.

28. Фотолитография для нанесения гальванического покрытия на контактные площадки. Фоторезист ФП-383. Активация химическая поверхности меди для удаления пленки окиси меди в растворе HCl: H2O= 1:1.

29. Гальваническое осаждение пленки олово-висмут толщиной 8-12 мкм.

30. Плазмохимическое удаление фоторезиста в атмосфере кислорода.

31. Травление пленки напыленной меди в травителе: H2SO4 - 50 мл, окись хрома (CrO3) - 450 г, H2O - до 1000 мл.

32. Травление пленки хрома в травителе: KOH - 28 мл, калий железосинеродистый [K3Fe (CH) 6] - 250 г, H2O - до 1000 мл.

33. Нанесение лака на планарную сторону пластины в качестве защитного покрытия перед шлифовкой обратной стороны для получения шероховатой поверхности.

34. Шлифовка обратной стороны пластины порошком шлифовальным "Электрокорунд белый" М14 с последующей отмывкой в спирто - бензиновой смеси (1:1) и в чистом этиловом спирте.

35. Лужение контактных площадок в припое ПОС-61 методом окунания в установке лужения при температуре (230±10) °C в течение (1-2) с. с предварительным флюсованием в специальном флюсе.

36. Скрайбирование пластин для разделения их на кристаллы. Затем производится разделение (ломка) пластины на кристаллы.

Сборка чувствительного элемента.

Сборка включает подсоединение - монтаж структур к основаниям корпусов, выводным рамкам или дополнительным подложкам, монтаж навесных кристаллов, компонентов к платам, подсоединение электродных выводов к контактным площадкам и внешним выводам.

В процессе хранения и эксплуатации датчик подвергают воздействию внешних факторов: климатических, механических и радиационных. Поэтому требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течение длительного времени. Рекомендуется применять корпусную защиту чувствительного элемента.

Для крепления кристаллов на основание корпуса более дешевым методом является клейка кристаллов на основание корпуса (например клеем ВК-9).

Для присоединения выводов к контактным площадкам и внешним выводам корпуса прибора используется метод УЗ сварки на установке "Контакт-4А". Метод состоит в присоединении выводов в виде тонких металлических проволочек (диаметр 10…30мкм) к контактным площадкам при одновременном воздействии инструмента, совершающего высокочастотные колебания. Для изготовления проволоки применяются пластические металлы, обычно алюминий и золото. В качестве материала проволоки выбираем более прочное золото ГОСТ 7222-75. Достоинства такой сварки - соединение без применения флюса и припоев металлов в твёрдом состоянии при сравнительно низких температурах и малой их деформации 10…30% как на воздухе, так и в атмосфере защитного газа. [3]

К корпусам предъявляются такие требования: корпус должен обладать достаточной механической прочностью; конструкция его должна позволять легко и надёжно выполнять электрическое соединение; а также выполнять надёжную изоляцию элементов; предотвращать проникновение влажности к защищаемой подложке и др. [8]

7. Разработка конструкции датчика и технического процесса сборки измерительной системы

Магнитные датчики не обладают какими-либо существенными ограничениями при разработке конструкции измерительной системы. Онда особенность конструкции это отсутствие магнитных материалов в конструкции корпуса, поскольку это может привести к дополнительным погрешностям измерения.

Магнитная система датчика образована магнитом 3, двумя концентраторами 4, которые крепятся на якорь 8, вся магнитная система функционирует по линейной траектории внутри основания 6. На крышке 5 крепиться магнитодиод 1. Согласующая часть 7 служит для соединения разъема датчика 2, который фиксируется гайкой 9 с измерительной системой. Внутри основания при измерениях перемещается якорь, общая длина которого равна сумме длин на крепление, перемещение, и фиксирование концентраторов и магнита. Также на якоре предусмотрена система защиты от механического воздействия магнитной системы на магнитодиод. Части конструкции соединяются винтами и гайкой М2 Гост 4351-67.

Рис 7.1 Конструкция датчика измерения линейного перемещения.

Процесс сборки измерительной системы:

Магнит и концентраторы крепятся на якорь и фиксируются клеем ВК-9 ОСТ 180215-84.

Якорь в сборке по направляющим вставляем в основание.

Выводы магнитодиода вставляем в отверстия на крышке, и фиксируем клеем ВК-9 ОСТ 180215-84.

Крышка и магнитодиод вставляются по направляющим в основание.

Соединения выводов магнитодиода и выводов разъема призводят с помощью медной проволоки М-0,5 ГОСТ 2112-79 длинной 40 мм, проводники присоединяются методом УЗ сварки.

На разъем одевается согласующая часть

Разъем фиксируется с согласующей частью гайкой разъема.

В собранном виде части конструкции соединяются винтами и гайкой М2 Гост 4351-67.

Заключение

В данном курсовом проекте произвели разработку датчика измерения линейного перемещения на магнитодиоде, в ходе проектирования которого проведены следующие конструкторские расчеты:

расчет топологии кристалла магнитодиода, в результате которого габаритные размеры состаили 4400мкм800мкм0,4мкм;

расчет магнитной системы, на основе которого были выбраны размеры магнита 3мм3мм4мм, концентраторы толщиной 1 мм и шириной 3 мм, также на основании этого расчета произведен анализ выходного напряжения в зависимости от перемещения.

Выбранные материалы полностью удовлетворяют требованиям предъявляемых к датчику.

Результатом проделанной работы является разработанная система измерения линейного перемещения до 15 мм с габаритными размерами 651725. Окончательным результат проведенной работы представлен на сборочном чертеже датчика в приложении В.

Список используемых литературных источников

1.  Андреева В.М. Материалы микроэлектронной техники. Москва. "Радио и связь" 1989г.

2.  Бейлина Р. А, Грозберг Ю.Г., Довгяло Д.А. Микроэлектронные датчики. Новополоцк ПГУ. 2001.

3.  Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник Москва: "Радио и связь" 1991.

4.  Болванович Э.И. Полупроводниковые пленки и миниатюрные измерительные преобразователи. - Мн: Наука и техника, 1981.

5.  Маляков Е.П. Элементная база полупроводниковых интегральных схем с повышенной спец. стойкостью // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик-97): Тез. докл.9-й науч. - технич. конф. с участием зарубежных специалистов, г. Гурзуф 18-25 мая 1997 г. / МГИЭМ. - М., 1997.

6.  Мишин Д.Д. Магнитные материалы. /Москва/Высшая школа, 1981.

7.  http://elanina. narod.ru/lanina/index. files/student/tehnology/index. htm

8.  Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992

Приложения

Приложение А

Сборочный чертеж датчика. Деталировка оригинальных элементов конструкции.