Разработка конструкции и маршрута изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера. Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации.
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Разработка конструкции и маршрута изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Федеральное государственное
автономное образовательное учреждение высшего образования
Национальный исследовательский
университет
Московский институт электронной
техники
Факультет электроники и компьютерных
технологий (ЭКТ)
Кафедра интегральной электроники и
микросистем
Направление 11.03.04 «Электроника и
наноэлектроника»
Разработка конструкции и маршрута
изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной
скважностью на базе RS-триггера
Глава 1.
Проектирование делитель частоты с переменной скважностью
.2 Этап
схемотехнического проектирования
Глава 2.
Разработка и исследование КМОП ИС делителя частоты
.1 Разработка
технологического маршрута изготовления КМОП ИС
.2 Разработка
масштабных эскизов n- и p-канальных транзисторов
.3
Предварительный расчет порогового напряжения транзисторов с учетом их
конструктивно-технологических параметров
.3.1 Расчеты
порогового напряжения для n-МОП транзистора
.3.2 Расчет
порогового напряжения для p-МОП транзистора
.4 Расчет
зависимости порогового напряжения он концентрации примеси на поверхности
полупроводника
.5 Построение
эскизов одномерных распределений примеси в вертикальных сечениях затвора и
стока-истока
Глава 3.
Электрохимическое осаждение плёнок пермаллоя
.1
Зависимость состава пленок от режима осаждения
.2 Нарушения
процессов электроосаждения (дефекты) и возможные причины низкого качества
покрытий
.3
Экспериментальное исследование дефектов в электрохимически осаждённых плёнках
пермаллоя. Причины. Способы устранения
Современный мир невозможно представить без электронных приборов. Они
помогают поддерживать необходимый уровень комфорта, заданный человечеством,
вследствие чего началась и с упорством продолжается гонка в развитии
электроники. Вследствие этого сфера микроэлектроники стала наиболее
прогрессирующей в современном мире.
Основной целью разработчиков уже многие десятилетия являются уменьшение
размеров элементарных ячеек, повышение плотности их расположения, улучшение
технологий изготовления и уменьшения дефектов в структуре. В настоящее время
наибольший сектор микроэлектроники занимает создание сверхбольших интегральных
схем (СБИС) - структур с большой степенью интеграции элементов. Благодаря
высокой плотности упаковки данные схемы занимают меньшую площадь, происходит
увеличение вычислительной мощности устройств, а также уменьшается их стоимость.
Все это стало возможно благодаря совершенствованию технологических операций,
таких, как литография, травление, ионная имплантация.
Кроме того, нельзя забывать про улучшения схемотехнической составляющей
микроэлектронных устройств, а именно нестандартное использование стандартных
вентилей.
Целью работы является полная разработка делителя частоты с переменной
скважностью выходного сигнала (коэффициент деления 24, скважность 4 и 6) на
базе RS-триггера и маршрут его изготовления в виде КМОП ИС с использованием
технологического базиса ES2_07.
Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчёта числа
импульсов поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки
триггеров. Разрядность счетчика, а, следовательно, и число триггеров
определяется максимальным числом, до которого он считает. Они так же могут
использоваться как делители частоты. Счетчики можно классифицировать по ряду
признаков. По направлению счета их делят на суммирующие (с прямым счетом),
вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные. В суммирующих счетчиках с
приходом очередного счетного импульса результат увеличивается на единицу, в
вычитающих - уменьшается на единицу.
Реверсивными называются счетчики, которые могут работать как в режиме
суммирующего счетчика, так и в режиме вычитающего счетчика.
Самым простым примером является асинхронный счетчик, который кроме
подсчета приходящих на вход импульсов выполняет еще одну не менее важную
функцию, в каждом звене частота сигнала делится на 2.
Асинхронные схемы имеют свои особенности, в частности асинхронный счетчик
имеет ложные состояния при переключении. Если делать счетчик с модулем счета не
равным степени 2 методом асинхронного сброса, то может возникнуть паразитный
цикл. Синхронные счетчики не имеют такой проблемы. Сигналы на их выводах не
отстают друг от друга по фазе. В данной работе делитель частоты построен на
синхронном счетчике. [1]
В работе будут полностью представлены эскизы элементарных ячеек, эскиз
КМОП-структуры и маршрут ее изготовления с учетом заданного типа изоляции,
кармана и затвора, разработка логики устройства, расчет схемотехнических
параметров и максимального пути металлизации, а также топология целой схемы.
Для ряда изделий, таких как магнитополупроводниковые микросистемы (МПМС),
датчики магнитного поля, концентраторов магнитного поля существует
необходимость формирования толстых плёнок. Применение элементов из
ферромагнитных материалов в составе микроэлектронных приборов может быть
использовано для решения двух абсолютно противоположных задач. Первая
направлена на усиление магнитного поля в области расположения
магниточувствительного элемента, а вторая - на экранирование магнитного поля
над элементами, которые не должны подвергаться его воздействию. Для решения
первой задачи используют концентраторы магнитного поля, а для решения второй -
экраны магнитного поля. Материал концентратора или экрана магнитного поля
должен обеспечивать низкую коэрцитивную силу и высокую магнитную проницаемость.
Этим требованиям отвечает магнитомягкий материал - пермаллой, подробнее о
котором будет рассказано в Главе 3.
При этом процессы, указанные в Главе 2 используются для формирования
тонких плёнок, и не могут быть использованы в толстоплёночной технологии. Для
этого применяется операция электрохимического осаждения плёнок пермаллоя
толщиной 10-15мкм.
В рамках данной выпускной бакалаврской работы техническим заданием
является разработать делитель частоты с переменной скважностью выходного
сигнала на базе RS-триггера с использованием технологического базиса ES2_07. Коэффициент деления 24,
скважность 4 и 6. Параметры технического задание приведены ниже.
1. Подложка КДБ-12, концентрация примеси в подложке: N п = 10 15 см −3
2. Концентрация примеси в n + -Si* затворе: N з = 10 20 см −3
. Относительная проницаемость Si: ε = 11,9
. Относительная проницаемость SiO 2 : ε d = 3,4
. Тип кармана: n,
концентрация примеси в кармане N карм = 2·10 16 см −3
. Поверхностная концентрация N ss = 3·10 10 см -2
10. Время фронта и среза, t фр,ср : 3нс
11. Рабочая частота по входному сигналу, f раб: 25 МГц
. Нагрузочная ёмкость, C н : 3 пФ
Глава 1. Проектирование делителя частоты с переменной скважностью
выходного сигнала
.1 Логическое проектирование делителя частоты с переменной скважностью
выходного сигнала
В техническом задании сказано, что устройство должно проектироваться с
использованием RS-триггера, в качестве базового. На рисунке 1.1 показана схема,
а так же символ RS - триггера,
срабатывающего по фронту синхросигнала, в базисе ИЛИ-НЕ.
Рисунок 1.1 - Схема и символ RS-триггера, срабатывающего по фронту
синхросигнала
Триггер имеет асинхронный вход сброса. Кроме того данный триггер может
быть дополнен входом разрешения переключения. Схема RSV-триггера представлена
на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Схема RSV-триггера,
срабатывающего по фронту синхросигнала
Для
обеспечения деления частоты входного сигнала на 24, необходимо, чтобы модуль
счета счетчика имел аналогичное значение. Счетчик сделаем на основе метода
исключения лишних состояний. Когда сигнал примет
значение логической единицы, то на следующем такте синхроимпульса счетчик
должен переключиться в состояние h 00 . Выходной сигнал должен иметь
скважность 4 и 6 в зависимости от режима работы устройства.
Скважность
- отношение полного периода сигнала к ширине импульса. Функция выходного
сигнала будет выглядеть следующим образом:
Логическая
схема устройства представлена на рисунке 1.3.
Рисунок
1.3 - Логическая схема делитель частоты с переменной скважностью выходного
сигнала
1.2 Схемотехническое проектирование делителя частоты с переменной
скважностью выходного сигнала
По техническому заданию, устройство должно быть выполнено в
технологическом базисе ES2_0.7нм. Необходимо определить параметры моделей
транзисторов, соответствующих данной технологии. Для этого воспользуемся
программой Microwind2.
Из программы Microwind2
перенесём параметры транзисторов в файл breakout.lib системы среды проектирования OrCAD. [2]
При этом необходимо добавить параметр T OX , определяющий толщину подзатворного
диэлектрика. Согласно технологическим параметрам t ox = 14 нм.
Теперь необходимо рассчитать геометрические параметры транзисторов в
логических вентилях, следуя нашей технологии ES2_0.7нм. Для данной технологии
минимально допустимая ширина транзисторов 4 λ.
Рассмотрим передаточные характеристики вентилей с минимальными ширинами.
Они представлены на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 - Передаточные характеристики логических вентилей: Inv, 3norN, 3nor
Показанная на рисунке 1.4 передаточная характеристика логических вентилей
это худший случай по помехозащищенности.nv - инвертор с минимальными ширинами
norN -
элемент 3ИЛИ-НЕ, в котором ширины p-канальных транзисторов равны трем
минимальными ширинам
nor - 3ИЛИ-НЕ, в котором ширины всех транзисторов равны минимальным.
Помехозащищенность нуля в вентилях 3nor и 3norN меньше трети напряжения
питания из чего можем заключить, что использование данных вентилей не
желательно. Сделаем выбор в пользу согласованных вентилей.
Токи через транзисторы в согласованных вентилях необходимо выровнять:
W n = 1.6нм; Найдем W p из этого уравнения L n = L p ;
Для
обеспечения времени фронтов заданного в техническом задании при работе
устройства на емкостную нагрузку будем использовать буфер. Сделаем его на
основе двух последовательно соединенных инверторов с уменьшенным выходным
сопротивлением. Ширины транзисторов в буфере выбраны исходя из согласования
токов.
Для
определения граничного значения повышающего коэффициента ширины, при работе
буфера на С н , необходимо промоделировать схему, показанную на рисунке
1.5.
На
рисунке 1.5 два входных инвертора имитируют узел логической схемы, а два
выходных образуют буфер. Ширина выходного инвертора буфера привязана к значению
переменной K, а входного инвертора буфера - к корню из K. Это делается
для сохранения относительного коэффициента разветвления.
Рисунок
1.5 - Схема для моделирования буферного элемента
Промоделировав
буферный элемент, сделаем вывод о том, что для обеспечения заданного времени
фронта K должно равняться 11. Такой выбор коэффициента
обеспечит запас по времени фронта. Результат параметрического анализа буферов
по K показан на рисунке 1.6.
Рисунок
1.6 - Результат моделирования буферного элемента
Для
оценки времен фронта при уменьшении напряжения питания проведем параметрический
анализ. На рисунке 1.7 показаны зависимость времени фронта и среза от
напряжения питания.
Для
оценки времени фронта при увеличении нагрузочной емкости проведем
параметрический анализ. На рисунке 1.8 показана зависимость времени фронта от
емкости нагрузочного конденсатора.
Рисунок
1.7 - Результат параметрического анализа по напряжению питания.
Рисунок
1.8 - Результат параметрического анализа по величине емкости
Исходя
из приведенных выше результатов моделирования делаем вывод, что минимальное
напряжение питания, при котором сохраняется время фронта выше заданного в
техническом задании равно U ип = 4.3В.
Максимальная
емкость, при которой выполняются требования технического задания к фронтам
сигналов, равна C н . ≈
3,4 пФ
Для
оценки нагрузочной способности и рабочей частоты схемы соберем кольцевой
генератор. Схема моделирования, представленная на рисунке 1.9, является
цепочкой из N max +1 = 9 инверторов замкнутых в кольцо, что обеспечивает
отрицательную обратную связь. Стабильных состояний у такой схемы,
следовательно, в ней будет возбуждаться колебания с периодом . Для оценки максимальной частоты тактового сигнала с
реальной нагрузкой и без нее соберем два кольцевых генератора.
Рисунок
1.9 - Схема моделирования кольцевого генератора
На
рисунке 1.10 показана зависимость максимальной частоты тактового сигнала f макс от количества подключенных единичных нагрузок к
каждому узлу устройства.
Исходя
из рисунка 1.10 можно заключить, что требования технического задания ( ) выполняются вплоть до M сх = 27. В данной
схеме максимальный коэффициент разветвления M сх = 5.
Рисунок
1.10 - Зависимость от коэффициента разветвления в каждом узле
Без
нагрузки: = 559,9 МГц; с максимальной нагрузкой: = 132 МГц. Полученные частоты удовлетворяют
требования технического задания для данного устройства.
Оценим
влияния напряжения питания на максимальную возможную частоту тактового сигнала.
Результат параметрического анализа кольцевых генераторов по напряжению питания
показан на рисунке 1.11. [3]
Исходя
из приведенных выше результатов, можем заключить, что максимальная частота
работы устройства выше заданной по техническому заданию при напряжениях питания
выше 1,5В.
Приступим
к вычислению динамических характеристик всех логических элементов. Схема
моделирования приведена на рисунке 1.12. Два инвертора установленные на вход
имитируют узел схемы. Для получения фронтов, срезов и задержек приближенных к
задержкам логических элементов в схеме устройства, необходимо подключить на
выходы логических элементов нагрузочные инверторы с ширинами, увеличенными в M
раз, где М максимальный коэффициент разветвления, встречающийся в схеме для
конкретного элемента.
Рисунок
1.11 - Зависимость частот кольцевых генераторов от напряжения питания
Это
эквивалентно подключению на выход логического элемента M единичных нагрузок.
Рисунок
1.12 - Схема моделирования логических элементов
Динамические
характеристики вентилей представлены в таблице 1.1
Результаты измерения динамических характеристик вентилей
На завершающем этапе схемотехнического проектирования приступим
моделированию полной схемы устройства на частоте заданной в техническом
задании. Все блоки, используемые в логическом проектировании, переделаны с
использованием схемотехнических вентилей. В результате общий вид схемы не
изменился.
Результат моделирования показан на рисунке 1.13. Частота такового сигнала
25 МГц.
Рисунок 1.13 - Результат моделирования делителя частоты с коэффициентом
деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера
.3
Топологическое проектирование делителя частоты с переменной скважностью
выходного сигнала
Первый этап топологического проектирования заключается в создании
логических вентилей, используемых в данном устройстве. По техническому заданию
разрабатываемое устройство проектируется в технологическом базисе ES2_0.7нм. Топологические схемы
используемых вентилей представлены на рисунках 1.14-1.16. [4]
Рисунок 1.14 - Топологический рисунок: инвертора, 2nor, 3nor элемента
Рисунок 1.15 - Топологический рисунок буферного элемента
Далее с помощью полученных элементов приступаем к реализации топологии
разрабатываемого устройства. Топология устройства представлена на рисунке 1.16.
Рисунок 1.16 - Топология делителя частоты с коэффициентом деления 24 и
переменной скважностью на базе RS-триггера
Синтезирован делитель частоты с переменной скважностью выходного сигнала
на базе RS-триггера. Исходя из результатов моделирования, показанных на
рисунках 1.7 и 1.8 можно сделать вывод, что минимальное напряжение питания, при
котором сохраняется время фронта выше заданного в техническом задании равно U ип
= 4.3В. Максимальная емкость, при которой выполняются требования технического
задания к фронтам сигналов, равна C н . ≈
3,4 пФ.
Полученные частоты удовлетворяют требования технического задания для
данного делителя частоты с переменной скважностью(f тз = 25МГц) выполняются вплоть до M сх = 27, исходя
из результатов моделирования, показанных на рисунке 1.10
Буферный элемент успешно обеспечивает заданное в техническом задании
быстродействие t фр = 3нс, максимальная рабочая частота устройства f
= 132 МГц.
Топологическое проектирование выполнено успешно, в ходе аналитических
расчётов вычислена максимальная длина межсоединения - 130нм, влиянием межсоединений
на работу устройства в некоторых узлах пренебречь нельзя.
Глава 2. Разработка и исследование КМОП ИС делителя частоты с
коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера
.1 Разработка технологического маршрута изготовления КМОП ИС делителя
частоты
Технологическим маршрутом изготовления КМОП-структуры является
последовательность операций, выполненных при определенных условиях, результатом
которых будут n- и p- канальные транзисторы, карман p-типа, изоляция и металлизация. В таблице 1 представлен
технологический маршрут изготовления заданной вариантом структуры. [5]
Технологический маршрут изготовления КМОП-структуры
КДБ-12 (N =
10 15 см −3 ), кристаллографическая ориентация
поверхности (100)
Окисление под нитрид
кремния (Si 3 N 4 )
950°С, 30 мин, О 2
(примерно на 30-50 нм)
Анизотропное, на всю
толщину Si 3 N 4
Анизотропное травление Si
на глубину залегания кармана
1050°С, 60 мин, нейтральная
среда - N 2
Фотолитография «Подгонка
порогового напряжения p-МОП-транзистора»
Фотолитография «Подгонка
порогового напряжения n-МОП-транзистора»
Фотолитография «n + -сток, исток, контакт к n-карману»
Фотолитография «p + -сток, исток, контакт к p-подложке»
ПХТ алюминия на всю толщину
+ удаление Si-крошки
Фотолитография «Контактные
площадки»
Маршрутная карта в виде последовательных модификаций поперечного сечения
КМОП-структуры на этапах изготовления согласно приведенному выше
технологическому маршруту показана на рисунках 2.1-2.9.
Рисунок 2.1 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №1-13
технологического маршрута)
Рисунок 2.2 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №14-17 технологического
маршрута)
Рисунок 2.3 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №18-23
технологического маршрута)
Рисунок 2.4 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №24-41
технологического маршрута)
Рисунок 2.5 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №42-44
технологического маршрута)
Рисунок 2.6 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №45-49
технологического маршрута)
Рисунок 2.7 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №50-52
технологического маршрута)
Рисунок 2.8 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №53-64
технологического маршрута)
Рисунок 2.9 - Эскиз поперечного сечения КМОП-структуры (операции №65-67
технологического маршрута)
2.2
Разработка масштабных эскизов n- и p-канальных транзисторов
На рисунке 2.10 представлен масштабный эскиз сечения n-канального МОП-транзистора,
построенного в соответствие с вариантом технического задания. Затворы n + и p + -типа, карман n-типа. На рисунке 2.11 представлено
сечение p-канального МОП-транзистора.
Рисунок 2.10 - Масштабный эскиз сечения n-канального МОП-транзистора с n + -затвором
Рисунок 2.11 - Масштабный эскиз сечения p-канального МОП-транзистора с p + -затвором и n-карманом
Для графического представления модели расчета порогового напряжения на
рисунке 2.12 представлены упрощенные зонные диаграммы МОП-структур для n- и p-канального транзистора. Зонные диаграммы n-МОП-структуры с n + -Si * -затвором показана на рисунке 2.12а и
p-МОП-структуры с p + -Si * -затвором на рисунке 2.12б [6].
логический схемотехнический топологический делитель частоты
а б
Рисунок 2.12. - Зонные диаграммы МОП-структуры с поликремниевым
затвором:
а - n-МОП-структура с n+-Si*-затвором,
б - p-МОП-структура с p + -Si * -затвором
.3.1 Расчеты порогового напряжения для n-МОП транзистора.
Пороговое напряжение складывается из трех слагаемых - напряжений на трех
слоях:
Из
рисунка 12а следует, что для n-МОП-транзистора с n + -Si * -затвором
первое слагаемое суммы можно определить, как . Можно
считать, что .
Встроенный потенциал подложки для Si
при T = 300 K зависит от концентрации примеси в подложке и
определяется следующей формулой:
Второе
слагаемое суммы определяет падение напряжения на слое подзатворного окисла:
Третья
составляющая порогового напряжения для n-канального
транзистора равна .
2.3.2 Расчет порогового напряжения для p-МОП транзистора
Аналогичен расчет порогового напряжения для p-МОП-транзистора с p + -Si * -затвором. Для p-канального МОП-транзистора первая составляющая порогового
напряжения будет иметь вид:
Расчет падения напряжения на окисле проводится по тем же формулам:
Для p-канального транзистора третье
слагаемое будет отрицательным:
2.4 Расчет зависимости порогового напряжения он концентрации примеси на
поверхности полупроводника
На
рисунке 2.13 представлена зависимость порогового напряжения n-канального
МОП-транзистора с затвором n + -типа от
концентрации примеси в подложке N п . По
техническому заданию. Концентрация примеси в подложке составляет , тип
примеси - акцепторы (B). По результатам моделирования для получения
необходимого значения порогового напряжения необходимо провести корректировку
порогового напряжения путем подлегирования поверхности подложки акцепторами, а
именно бором, до концентрации в подложке .
На
рисунке 2.14 представлена зависимость порогового напряжения p-канального
МОП-транзистора с затвором p + -типа от
концентрации примеси в подложке N п (кармане).
По техническому заданию. Концентрация примеси в кармане составляет , тип
примеси - доноры (As).
По
результатам моделирования для получения необходимого значения порогового
напряжения необходимо провести корректировку порогового напряжения путем
подлегирования поверхности подложки донорами концентрации .
Рисунок
2.13 - Зависимость порогового напряжения n-МОП-транзистора
от концентрации примеси в подложке (в области канала) с параметром толщины
подзатворного диэлектрика
Рисунок
2.14 - Зависимость порогового напряжения p-МОП-транзистора
от концентрации примеси в кармане (в области канала) с параметром толщины
подзатворного диэлектрика
2.5 Построение эскизов одномерных распределений примеси в вертикальных
сечениях затвора и стока-истока
Вид полученных распределений для p-МОП-транзистора показан на рисунках 2.15 и 2.16, а для n-МОП-транзистора на рисунках 2.17 и
2.18. [7]
Рисунок 2.15 - Эскиз результирующего распределения примеси для p-МОП-транзистора в n-кармане с учетом подлегирования под
затвор
Рисунок 2.16 - Эскиз результирующего распределения примеси для n-МОП-транзистора в p-подложке с учетом подлегирования под
затвор
Рисунок 2.17 - Эскиз результирующего распределения примеси в вертикальном
сечении в области стока-истока p-МОП-транзистора
в n-кармане
Рисунок 2.18 - Эскиз результирующего распределения примеси в вертикальном
сечении в области стока-истока n-МОП-транзистора
в p-подложке
В данном проекте разработан полный технологический маршрут изготовления
КМОП-структуры, используемой в проектируемом КМОП ИС делителя частоты. На этапе
формирования кармана выбран тип подложки КДБ-12 с кристаллографической
ориентацией (100). Реализованы эскизы поперечного сечения КМОП-структуры. Для
получения кармана n-типа в p-МОП транзисторе выбрана примесь
фосфор (P) и режим его формирования, а именно
необходимые доза, энергия, время и температура отжига. Определен режим
выращивания подзатворного окисла, включающий в себя время и температуру
окисления. Далее, для достижения заданного в ТЗ порогового напряжения,
подобраны параметры подлегирования канала: акцепторная примесь BF 2 , необходимые дозы и энергия. Выбрано соединение BF 2 для уменьшения глубины залегания подлегирования и
уменьшения его влияния сток-истоковые области. Построены эскизы одномерных
распределений примеси в вертикальных сечениях затвора и стока-истока.
Глава 3. Электрохимическое осаждение плёнок пермаллоя
Некоторые современные магнитополупроводниковые микросистемы (МПМС) в
своем составе используют пассивные элементы усиления магнитного поля,
значительно повышающие индукцию магнитного поля в локальной области
магниточувствительного элемента. Одним из эффективных методов повышения
чувствительности МПМС является интеграция их с концентраторами магнитного поля
(КМП). Их применение в составе МПМС позволяет в несколько раз повысить
чувствительность к магнитному полю и расширить их области применения.
Из возможных ферромагнитных материалов наиболее подходящим для
формирования КМП является пермаллой Ni(81%)-Fe(19%), обладающий хорошими
магнитными и механическими свойствами, а одним из эффективных способов его
нанесения на кремниевые подложки является электрохимическое осаждение. Для
этого используется не только специальный технологический процесс на
соответствующем оборудовании, но и выполняется ряд технологических операций,
способствующих получению КМП с определенными геометрическими параметрами.[8]
Кроме того, электрохимия обеспечивает недорогую альтернативу более
сложным методам осаждения, таким как молекулярная пучковая эпитаксия или
осаждение из паровой фазы при производстве образцов с сопоставимыми уровнями
чистоты.
Как правило, КМП формируются путем электрохимического осаждения пермаллоя
в локальные области МПМС, ограниченные фоторезистивной маской. На дне данных
областей предварительно должна быть сформирована металлическая площадка. Для
формирования такой площадки использовалась комбинация слоев Al, NiCr и Ni.
Электрохимическая установка с гальванической ванной на рисунке 3.1 для
электролита объемом 3 литра позволяет автоматически поддерживать его
температуру и перемешивать раствор в течение всего времени процесса осаждения.
Электроды установки располагаются вертикально, анод из никелевой фольги и катод
с никелевым кольцевым электродом, контактирующим с металлизированной площадкой
кремниевой пластины.
Рисунок 3.1 - Электрохимическая установка с гальванической ванной
При сохранении соотношения железа и никеля увеличение содержания этих
компонентов в электролите позволяет увеличить скорость роста осаждаемых пленок
и получать толстые пленки без нарушения адгезии и магнитных свойств.
.1 Зависимость состава пленок от режима осаждения
Пленки сплава NiFe осаждаются в гальваностатических условиях из
растворов, (S04 2 - или Cl-). Состав пленок и эффективность осаждения
определяли в зависимости от плотности тока, рН, идентичности аниона (S04 2 -
или Cl-) и содержания борной кислоты в растворе. Содержание Fe ниже в
отложениях из раствора хлорида, чем в растворе сульфата, и увеличивается за
счет добавления H 3 B0 3 . Эффективность увеличивается с
увеличением плотности тока и повышением рН, больше в осадках из раствора
хлорида и меньше проявляется из H 3 B0 3 . Наблюдения
интерпретируются в терминах подавления осаждения Ni поверхностным гидроокисью
железа, осаждаемой при повышении рН локальной поверхности во время осаждения.
[9]
В хлоридном электролите с отношением атомов 4,26, как в сплаве Ni 81 Fe 19 , при выбранном соотношении содержания солей никеля и железа
увеличение их концентрации мало изменяет рН. Регулировка рН проводится
добавлением соляной кислоты в состав электролита.
Состав хлоридного электролита, применяемый для осаждения пермаллоя
Основная соль, содержащая
ионы никеля
Основная соль, содержащая
ионы железа
Комплексообразователь,
который облегчает разряд ионов металла
Обеспечение равномерности
слоев, снижение механических напряжений
*Сахари́н - бесцветные кристаллы сладкого
вкуса, малорастворимые в воде. Продаваемый «сахарин» представляет собой
кристаллогидрат натриевой соли, которая в 300-500 раз слаще сахара. Сахарин не
усваивается организмом. Сахарин способствует формированию трехмерных
неэпитаксиальных ядер на двумерной эпитаксиальной матрице уже на начальном
этапе осаждения NiFe. Этот тип процесса
нуклеации уменьшает размер зерна, уменьшает внутренние напряжения и изменяет
магнитные свойства пленок. Количество сахарин необходимого для изменения
структуры и магнитных свойств покрытия NiFe меньше чем 0,25 мм (0,06 г/л).
Установлено, что изменение содержания сахарина в
электролите оказывает заметное влияние на эффективность по току и на скорость
осаждения осадков Ni-Fe. Средняя зернистость отложений колеблется от 13 нм до
10,8 нм при увеличении содержания сахарина от 0 г/л до 8 г/л. Добавление сахарин
с определенным содержанием влияет на размер зерна.
Осаждение из хлоридного электролита с соляной кислотой показало, что
электролит при рН = 1,7±0,2 не содержит шлама и пленка не загрязняет
Похожие работы на - Разработка конструкции и маршрута изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации.
Дипломная Особенности Изучения Сказки В Начальной Школе
Проблема Нехватки Пресной Воды Реферат
Социальная Работа В Местах Лишения Свободы Курсовая
Дипломная работа по теме Анализ деятельности хостела 'ВестаHostel'
Сочинение Школа Моей Мечты 3 Класс
Социологическое направление в правовой мысли. Р. Паунд
О Государственном Суверенитете В Современном Мире Эссе
Дипломная работа по теме Розыскная деятельность следователя
Как Написать Сочинение Если Ничего Не Читал
Реферат Мировая Война
Сочинение На Тему Лес Летом
Сочинение Брюсов Поэт Серебряного Века
Оформление Отчета По Практике По Госту
Контрольная работа: Познавательная деятельность
Контрольная работа по теме Rules of English grammar
Курсовая работа: Логика - наука о законах и операциях правильного мышления
Курсовая работа по теме Современная система кредитования малого и среднего бизнеса
Дипломная работа по теме Искусственная информационная поддержка общественно-политических кампании периода 2022-2022 годов
Дипломная работа по теме Ветеринарно-санитарная экспертиза с основами технологии, стандартизации и товароведения сырокопченых колбас
Реферат: Андрей Чохов
Похожие работы на - Отряд катранообразные
Похожие работы на - Особенности действия гормонов гипофиза на почки
сформировавшихся впоследствии многих оригинальных ткацких и вышивальных