Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Розробка магнітодіода - Промисловість, виробництво

Зміст

Введення

1. Аналіз вихідних даних і формування розширеного технічного завдання

1.1 Аналіз вихідних даних

1.2 Розширене технічне завдання

2. Вибір та обґрунтування застосовуваних матеріалів і компонентів конструкції

3. Конструкторські розрахунки

3.1 Розрахунок магнітної системи датчика

3.2 Розрахунок магнітодіода

4. Розробка топології кристала

5. Складання схеми електричної принципової пристрої

6. Розробка технології виготовлення чутливого елемента

7. Розробка конструкції датчика і технічного процесу складання вимірювальної системи

Висновок

Список використовуваних літературних джерел

Додатки

Введення

Для створення автоматизованих систем управління в різних галузях народного господарства починають широко застосовуватися різні датчики, в тому числі датчики переміщення предметів (ДПП). В даний час вони використовуються в металорізальних верстатах з програмним управлінням, підйомних кранах, конвеєрах і в різних транспортних системах та радіоелектроніки. [2]

Принципи роботи ДПП грунтуються на різних фізичних явищах: зміни ємності та електромагнітної індукції, гальваномагнітних ефекті та ін.

Особливу цінність для автоматики ці датчики представляють завдяки можливості безконтактної зв'язку між елементами в пристроях, що дозволяє виключити механічні та електричні зв'язки. [2]

Датчики рухомих предметів, що працюють на основі фотоефекту (фотореле), споживають велику потужність, чутливі до пилу і бруду, що ускладнює їх експлуатацію. ДПП, що використовують ємнісні явища, мають великі габаритні розміри і досить складні конструкцію і електричну схему. Відносно широке застосування отримали ДПП, що працюють на основі електромагнітної індукції. Вони можуть виявити металеві предмети на відстані до 10 мм. Основний недолік таких ДПП - великі розміри чутливих елементів (котушок).

Датчики рухомих предметів, що використовують гальваномагнітні явища, відрізняються високою чутливістю, надійністю, малими габаритними розмірами і малою споживаною потужністю, простотою конструкції. Вони діляться на дві групи. До першої належать ДПП, що спрацьовують при переміщенні предметів з магнітомягкого матеріалу, до другої - ДПП, що спрацьовують при переміщенні предметів з немагнітного матеріалу з укріпленими на них постійними магнітами. [2]

Датчики рухомих предметів на основі ефекту Холла, на відміну від ДПП на магніторезисторах, чутливі до напрямку переміщення предметів. ДПП на датчиках Холу і магніторезисторах, володіючи певними перевагами, мають істотний недолік - малі значення вихідного сигналу, що ускладнює побудову електричних схем, які формують електричні сигнали.

В останні роки для підвищення надійності і точності, стійкості до впливів навколишнього середовища (в тому числі до вібрацій і ударів), довговічності в ДПП почали використовувати магнітодіоди. За інших рівних умов ДПП на магнітодіодах дозволяє отримувати вихідний сигнал, що перевищує сигнали на датчиках Холу і магніторезисторах більш ніж на порядок.

1. Аналіз вихідних даних і формування розширеного технічного завдання 1.1 Аналіз вихідних даних

В даному курсовому проекті було запропоновано розробити конструкцію і технологію виготовлення датчика визначення переміщення предмета до 15мм на підставі магнітної системи і магнітодіода з габаритними розмірами O15 ? 15мм. Виміряти переміщення предмета до заданої відстані, обмежуючись заданими габаритами датчика не представляється можливим, оскільки в корпусі треба враховувати розміри системи магніту і магнітодіода і розміри на їх кріплення.

Здійснення визначення заданого переміщення датчиком можна досягти двома способами:

застосування мініатюрних редукторів і систем важелів в датчику;

редагування габаритних розмірів датчика.

Перший спосіб залишає без зміни габаритні розміри, але має ряд недоліків: він менш технологічний, збільшується трудомісткість і потрібна висока точність при виготовленні, в датчику буде спостерігатися збільшення похибки зі збільшенням терміну служби через наявність труться елементів конструкції на увазі цього датчик буде мати низьку надійністю.

Тому на основі розрахунків магнітної системи і магнітодіода, виходячи із запропонованого нам вимірювання переміщення предмета ми приймемо мінімальні з розрахункових габаритні розміри датчика.

Запропонований нам матеріал чутливого елемента арсенід галію повністю задовольняє всім параметрам за умовою завдання, а саме температурним межам від мінус 40 до плюс 80 ° С.

Застосування датчика в металорізальних верстатах з програмним управлінням, підйомних кранах, конвеєрах і в різних транспортних системах з підвищеними віброударні навантаженнями вимагає при проектуванні конструкції більш жорстких вимог, наприклад на матеріал конструкції, товщину елементів, спосіб кріплення датчика і кріплення вузлів між собой.1.2 Розширене технічне завдання

1. Найменування виробу: "Датчик визначення переміщення рухомого предмета" (ДПП).

2. Датчик являє собою систему визначення переміщення рухомого предмета на підставі дипольної магнітної системи і магнітодіода. Габаритні розміри системи O15 ? 15мм.

3. Датчик являє собою закінчений пристрій.

4. ДПП підключається до електровимірювальними приладами.

5. Діапазон вимірюваних переміщень становить 1-15мм.

6. Робоча напруга 2В.

7. Напруга Холла 2,5В.

8. Струм живлення магнітодіода 0,25мА.

9. Матеріал тіла магнітодіода - арсенід галію з питомим опором 25кОм · см.

10. Концентратори магнітного потоку повинні бути виготовлені з магнітомягкого матеріалу і не повинні перенасичуватися під дією поля постійного магніту.

11. Коефіцієнт застосованості - не менше 0,6.

12. Пристрій відноситься до групи возить РЕА, яка встановлюється в автомобілі, стаціонарного, установлюваної на верстатах з ЧПУ.

13. Характеристики зовнішніх впливів однакові для режимів зберігання, перевезення і роботи. Температура навколишнього середовища може змінюватися від мінус 40 до плюс 85 ° С. Відносна вологість до 80% при температурі плюс 25 ° С. Знижений атмосферний тиск - 61 кПа.

14. Середній час напрацювання на відмову повинно бути не менше 20 тис. Год.

15. Конструкція пристрою повинна передбачати роботу оператора з ним без застосування спеціальних заходів забезпечення безпеки.

16. Орієнтовна програма випуску - 800 000 приладів на рік.

2. Вибір та обґрунтування застосовуваних матеріалів і компонентів конструкції

Важливу групу напівпровідників складають ковалентно-іонні сполуки типу А111ВVі іонно-ковалентні сполуки типу АIIВVI, кристалізуються в алмазоподобной решітці, а також деякі інші, наприклад AIVБVI. Найбільш розроблені і перспективні арсенид і фосфід галію і фосфід і антимонід індію. Властивості монокристалічних GаАs, gар, а також Gе і Si наводяться в табл.2.1 [1]

Табліца.2.1

«Алмаз» «Цинкова обманка»

 Найменування параметра Значення параметра

 Si Ge GaAs GaP

 Тип кристалічної структури

 Параметр решітки, нм

 Температура плавлення, К

 Гранична робоча температура, К

 Рухливість електронів

 при 300 К, см 2 / (В · с)

 Рухливість дірок при

 300 К, см 2 / (В · с)

 Ширина забороненої зони

 при 300 К, еВ

 Питомий опір

 (Власне) при 300 К, Ом · см

 Концентрація носіїв ni при 300 К

 ТКЛР (300 К), К -1

 Коефіцієнт теплопровідності, Вт / (м · К)

 Діелектрична проникність ?

 Щільність, г · см -3

 0,543

 1683

 420

 1400

 475

 1,12

 2 · 5 жовтня

 1,45 · 10 жовтня

 2,6 · 10 -6

 140

 11,6

 2,3

 0,566

 1210

 370

 3900

 1900

 0,67

 60

 2,4 · 18 жовтня

 , 75 · 10 -6

 60

 15,8

 5,5

 0,565

 1511

 670

 8500

 400

 1,43

 10 вересня

 6 · 10 серпня

 6,9 · 10 -6

 45

 10,9

 5,5

 0,545

 1640

 1170

 150

 75

 2,24

 10 серпня

 5,8 · 10 -6

 54

 13,3

Найбільш перспективним напівпровідниковим матеріалом для виготовлення датчиків є арсенід галію, який зберігає працездатність при більш високих температурах. У цьому матеріалі досить високе значення постійної Холла, що обумовлює гарну чутливість датчиків з GaAs. На основі GaAs можливе створення датчики, які тривалий час працюють при температурі до 250 ° С і короткочасно працюють при температурі до 300 ° С. До важливих переваг датчиків з GaAs відноситься також висока лінійність вихідного сигналу по магнітної індукції (нелінійність не більше 1-1,5%). [2]

Рухливість електронів GaAs приблизно в шість разів вище, ніж в кремнії. Саме ця обставина привернула великі дослідницькі сили до розробок ІС на GaAs.

Епітаксіальний GaAs придатний для виготовлення датчиків на робочі температури аж до 770 К [4]. Прилади на основі GaAs успішно працюють при високих рівнях радіації, тобто володіють бoльшей стійкістю до дозовим ефектів, ніж кремнієві аналоги. Встановлено, що інтегральні схеми на GaAs витримують в середньому імпульси випромінювання до 1010рад / с. [5]. Висока рухливість носіїв важлива у всіх СВЧ-приладах, а також магнітних датчиках. Так само арсенід галію характеризується шірокоім диапозоном значень питомих опорів в порівнянні з класичними напівпровідниками як германій і кремній (ріс2.1). [1]

Рис.2.1 Діапазони значень питомих опорів різних напівпровідників.

Внаслідок непрямого переходу зони германієві датчики вимагають великих робочих напруг.

ККД арсенид галієвих датчиків вище, а шуми значно менше кремнієвих.

Можливість точного компенсації за рахунок неточного надлишкового легування дозволила освоїти промисловий випуск високоомних, так званих "напівізолюючих", монокристалів GaAs з питомим опором 107 ... ... 108Ом · см. Якщо при цьому забезпечується гранично

висока чистота проведення операцій, рухливість носіїв може залишитися на рівні 5000 ... 7000 см2 / (В · с). Тому напівізолюючих GaAs може служити вихідним матеріалом для виготовлення транзисторів, причому створювати рn-переходи вдається за рахунок введення дрібних акцепторних і донорних домішок методом іонної імплантації. Так отримують транзистори і діоди ІС на GaAs, причому їх взаємна ізоляція забезпечується самим простим і надійним способом - за рахунок високої питомої опору самого кристала. Можливість такої ізоляції на кремнії відсутня через порівняно високою власної концентрації, що змушує застосовувати додаткові конструктивно-технологічні рішення, іноді досить складні.

Крім цих обмежень, подоланих у міру вдосконалення технології, з'єднанням AlllBVпрісущ ряд недоліків, також стримують їх широке впровадження [1]:

1. Низька розчинність легуючих домішок, які вже при концентрації понад 1 · 1018см-3начінают випадати з твердого розчину і, утворюючи нові фази, стають електрично неактивними. Настільки мала гранична концентрація носіїв не забезпечує достатнього рівня інжекції з емітерний області транзистора. (Цей недолік можна подолати, виготовляючи емітер з більш широкозонного матеріалу, тобто на гетеропереході, але за рахунок ускладнення технології) Біполярні транзистори на з'єднаннях AIIIBVнееффектівни також через низьку рухливості дірок, що зводить нанівець перевагу у швидкодії.

2. Відсутність власних оксидів, що володіють достатньою стабільністю і придатних для отримання чистої, вільної від

електрично активних станів кордону діелектрик-напівпровідник. Це виключає можливість виготовлення із з'єднань AIIIBVі МОП-транзисторів. І все ж достоїнства цього класу приладів - низька споживана потужність, мінімальний обсяг, настільки чітко виявившись у конкуренції МОП і біполярних кремнієвих ІС - стимулюють триваючий пошук методів виготовлення МДП транзисторів на з'єднаннях AIIIBV.

3. Токсичність реагентів, що використовуються для вирощування монокристалів і епітаксії (AsCl3, AsH3, PH3), металлоорганіче-ських сполук у поєднанні з вибухонебезпекою водню, який служить реакційним середовищем. Це створює напружену обстановку на виробництві, вимагає підвищених заходів безпеки, серйозно ускладнює апаратуру і технологію.

4. Освіта в процесах обробки арсенидів і фосфидов шкідливих для навколишнього середовища відходів, необхідність їх ретельного уловлювання та знешкодження. І хоча самі по собі ці сполуки нетоксичні, до їх обробки треба ставитися з великою обережністю. Так, при шліфовці фосфидов нерідко утворюється надзвичайно отруйний газ-фосфін, а при розчиненні арсенидів в присутності відновників - арсин.

У зв'язку з мініатюризацією РЕА необхідна розробка пристроїв з мінімальним обсягом і масою. Для отримання сильних магнітів малого розміру необхідні магнітотверді матеріали з найбільшою коерцитивної силою і питомої магнітної енергією.

Такі матеріали розроблені на основі інтерметалічних сполук кобальту з рідкоземельними металами (РЗМ) церієм Се, самарієм Sm, празеодимом Рr, лантаном La, ітрієм Y типу RxCoyMz, де R - РЗМ, х, у, г - масові частки компонентів в атомних одиницях. Найбільш характерні сполуки типу RCo5, RCo7і R2Co17. Спільним для таких з'єднань є наявність атомів металів з великою різницею порядкових номерів (наприклад, 62-Sm, 27-Со), велика різниця в електронних структурах атомів, а також велика різниця атомних радіусів компонентів (у з'єднаннях РЗМ з кобальтом 0,18-0,125 = 0,055 нм, або 30%). Ці сполуки характеризуються найбільшими значеннями констант магнітної кристалічної анізотропії, великий магнітострикцією і значною мимовільної намагніченістю, що зумовило успішну розробку на основі цих сполук магнітотвердих матеріалів з найбільшими значеннями НДІ (ВН) т.

У табл.2.2 наведені магнітні параметри деяких постійних магнітів, досягнуті в лабораторних умовах, і для зіставлення вказані середні значення параметрів сплаву SmCo5, отриманого в умовах промислового виробництва [6]

Крім того, ці сплави характеризуються високою крихкістю. Так, міцність при стисненні цих магнітів приблизно в 10 разів менше, ніж магнітів, отриманих методом спікання.

Таблиця 2.2

 Сплав

 W m, кДж / м 3

 H c, кА / м

 B r, Тл

 (SmPr) Co 5104 1320 1,03

 Sm (Co, Cu, Fe) 7104496 1,04

 Sm 2 (Co, Cu, Fe) 17120560 1,1

 SmCo 5 75800 0,92

Як уже вказувалося, матеріали, отримані на основі рідкоземельних металів, тендітні, тому представляє інтерес використання таких матеріалів зі сполучною з полімерів. Кількість полімеру становить 3 ... 10% (по масі). Застосовувалися поліетіленхлорід, етиленвінілацетат, епоксидні смоли. Недоліки таких магнітів - відносно низька робоча температура (при застосуванні термопластичних полімерів 333 ... ... 358К) і недостатня температурна стабільність властивостей. Отримано магніти на основі рідкісноземельних металів з кобальтом зі сполучною з пластичних металів, наприклад з припою складу 60% Sn і 40% РЬ. Ці магніти мають більш високу робочу температуру, температурну стабільність, а також механічну міцність, ніж магніти з полімерним сполучною. [1]

Вибір матеріалу для виготовлення концентраторів.

Частотний діапазон застосування різних груп магнітних матеріалів в значній мірі визначається їх питомим електричним опором. При низькому питомому опорі великі втрати на вихрові струми, а значить і втрати на перемагнічування, зростаючі зі збільшенням частоти, тому чим більше питомий опір магнітного матеріалу, тим на більш високих частотах він може використовуватися. У постійних і низькочастотних (до одиниць кілогерц) полях застосовують металеві магнітні матеріали: технічно чисте залізо (низьковуглецеві електротехнічні сталі), железокобальтовие сплави "електротехнічні (крем'янисті) стали, железонікелевие і железонікелькобальтовие сплави, звані пермаллоя, альсифера, аморфні сплави.

Магнітні матеріали з найбільшою намагніченістю насичення застосовуються головним чином для виготовлення магнітопроводів, в яких необхідно отримати найбільшу щільність магнітного потоку. Магнітна проникність таких матеріалів повинна бути якомога більшою.

Найбільшу намагніченість насичення (Bs = 2,43 Тл), що перевищує намагніченість насичення заліза на 13%, мають железокобальтовие сплави, а найбільш поширений матеріал з великою намагніченістю насичення - технічно чисте залізо.

У випадках, коли пред'являються найбільш високі вимоги до габаритів пристрою, його масі і значенням магнітного потоку, застосовують железокобальтовие сплави, що дозволяє отримати економію в масі та обсязі в порівнянні з железомна 15-20%. Максимальне значення магнітної індукції досягається при вмісті кобальту близько 50%. Практично використовують сплави з вмістом 30 ... 51% Со і 1,5 ... 2% V. Ці сплави називають пермендюр.

Недолік пермендюр - мале електричний опір, широкому застосуванню перешкоджають висока вартість і дефіцитність кобальту і ванадію. Перевага железокобальтових сплавів перед технічно чистим залізом найбільш виражено при індукціях понад 1 Тл. Найбільша різниця в величинах магнітної проникності має місце при індукції 1,8 Тл, в області якої ц кобальтових сплавів в десятки разів більше ? м'яких сортів заліза.

У залежності від області застосування електролітичні стали ділять на 3 групи (табл.2.4)

Таблиця 2.3

 Група

 стали Область застосування Товщина листа, мм

 Питомі втрати, B т / кг при B s = 1,5 Тл

 1 У середніх (3 ... 1000 А / м) і сильних полях при частоті 50 Гц 0,28 ... 1 0,89 ... 13,4 (при f = 50 Гц)

 2 У середніх (3 ... 1000 А / м) полях при частоті 400 Гц

 0,05 ... 0,15

 0, 15 ... 23 (при f = 400 Гц)

3

 У слабких (0,2 ... 0,6 А / м) полях або в середніх

 (3 ... 1000 A / м) полях 0,2 ... 0,35 не нормується

Крім того, кремнії в елекролітіческіх сталях знижує індукцію насичення, що також небажано. Так, при зміні вмісту кремнію від 1 до 4,6% Bs зменшується від 2,1 до 1,8 Тл.

Пермаллои - це железонікелевие сплави, що мають найбільшу магнітну проникність в слабких полях. У пермаллоев, підданих термічній обробці, магнітна проникність в десятки разів більше, ніж у електротехнічної сталі. Відповідно до цього пермаллои застосовуються в радіоелектроніці в тих випадках, коли потрібно мати значні як постійні, так і змінні магнітні потоки при малих напруженостях намагнічує або перемагнічується поля, що особливо важливо у зв'язку з мініатюризацією радіоелектронної апаратури.

Види пермаллоев наведені в таблиці 2.5

Таблиця 2.5

 Вид пермалоя

 ? н

 ? m

 Н с, А / м, не більше

 В s, Тл ?, мкОм · м,

 Проте не менше

 Нізконікевие

 1 · 10 3 ... 3,2 · 10 3

 8 <3 жовтня ... 30 <10 Січень +24 ... 1 серпня ... 1.5 0,45 ... 0,90

 Високонікевие

 7 · 10 3 ... 70 · 10 3

 30 <3 жовтня ... 250 · 10 3 +8 ... 1 0,75 ... 0,5 0,55 ... 0,8

 Суперпермалой

 79% Ni, 15% Fe,

 5% Mo t 0,5V e Mn

 100 · 10 3

 60> 10 Квітня ... 150 · 10 4 0,3 0,79 0,6

Поряд з основними перевагами пермаллоев - високим значенням ? "і малим значенням Нс- пермаллоя властивий ряд недоліків:

велика чутливість магнітних властивостей до механічних напруженням (особливо у високонікелевих пермаллоев), що вимагає спеціальних заходів захисту:

можливість отримання високих магнітних властивостей лише в результаті відпалу готових виробів у вакуумі або у водні після їх механічної обробки;

знижені значення індукції насичення (в 1,5-2 рази нижче, ніж у електротехнічної сталі);

порівняно висока вартість і дефіцитність окремих компонентів (насамперед, нікелю).

Електромагнітні властивості аморфних сплавів і пермаллоев близькі, але перші менше схильні до впливу механічних напруг, мають високу корозійну стійкість, міцність і твердістю при збереженні пластичності.

Внаслідок відсутності кристалічної решітки аморфні сплави мають малу магнітну анізотропію, що сприяє отриманню магнитомягких матеріалів з дуже малою коерцитивної силою НДІ великою магнітною проникністю ?. При цьому питомий електричний опір аморфних сплавів приблизно в 2-3 рази більше, ніж у пермаллоев, а отже, значно менше втрати на вихрові струми.

Багато аморфні сплави характеризуються високою прямокутністю петлі гистерезиса.

У табл.2.6 наведені параметри аморфних сплавів трьох складів. [1]

Таблиця 2.6

 Склад,%

 В s, Тл

 Н с, А / м, ?, мкОм · м,

 80 Fe, 20 В 1,6 3,2 1,4

 80 Fe, 16 Р, 3 С, 1 В 1,49 4 1,5

 72 Со, 3 Fe.16 Р, 6 В, 3 А1 0,63 1,2 1,4

Аналізую вище наведені види магнитомягких матеріалів та їх характеристик для виготовлення концентраторів будемо використовувати нізконікелевие пермаллои (Bs = 1 ? 1.5 Тл), що забезпечить не перенасичення концентраторів під дією постійного магніту.

Для фіксування магніту і концентраторів на штоку будемо використовувати клей ВК-9 ОСТ 180215-84 грунтуючись на тому, що у нього висока клеюча здатність, володіє прозорістю і робоча температура його до 373К. [3]

В якості легуючої домішки використовуємо бор, його доцільно використовувати тоді, коли потрібно, щоб домішка була нерухома на наступних високотемпературних операціях або для виготовлення шарів з різким профілем легування.

Для формування контактної області n + -типу в якості донорної домішки використовуємо фосфор володіє підвищеним коефіцієнтом дифузії і підвищеною розчинністю.

Основними матеріалами при одержанні сполук для напівпровідникових ІМС є золото і алюміній. У деяких випадках знаходять застосування нікель, хром, срібло. Як матеріал для розводки і контактних майданчиків будемо застосовувати алюміній А99, який має гарну адгезію до арсеніду галію, хорошою електропровідністю, легко наноситься на поверхню ІМС у вигляді тонкої плівці, дешевше. В якості зовнішніх висновків будемо застосовувати золоту дріт ГОСТ 7222-75, оскільки алюміній характеризується зниженою механічною міцністю. [3] Для хорошої механічної міцності і кращої адгезії з припоєм ПОС61 на поверхню алюмінію будемо наносити хром електролітичний ЕРХ і сплав олово вісмут.

Для герметизації кристала в корпусі будемо використовувати епоксидний герметик марки УП-5-105-2 застосовуваний в радіотехнічної апаратури. Даний герметик зберігає працездатність в умовах тропічної вологості, при вібраційних і ударних навантаженнях, тривало працюють при температурі від мінус 60 до 140 ° С. Межа міцності 6-55 МПа.

Для матеріалу корпусу вимірювальної системи вибирає поліамід ПА66 литтєвий ОТС 6-06-369-74, так як матеріал при високих температурах не втрачає своїх механічних властивостей.

Для з'єднання датчика з системами обробки сигналів будемо використовувати герметичний роз'єм на два контакту CS1206-ND.

3. Конструкторські розрахунки 3.1 Розрахунок магнітної системи датчика

При розрахунку магнітів з арматурою прийнятну точність дає метод відносин. У цьому методі магнітна ланцюг умовно приводиться до двовузлового еквівалентної електричної схемою із зосередженими параметрами. Розподіл магнітної напруги вздовж магніту приймається лінійним, а магнітне опір арматури (якщо її стан далеко від насичення) вважається рівним нулю. При цьому характеристика магніту визначається не ділянкою на кривій розмагнічування, а точкою.

Вихідними даними розрахунку дипольної МС (рис.3.1) є:

характеристики матеріалу магніту: коерцитивної сила по індукції HcB, залишкова індукція Br, координати точки з максимальною питомою енергією Hdі Bd, коефіцієнт повернення Kv (табл.3.1)

Таблиця 3.1

Характеристики матеріалу магнітів

 параметр

 матеріал

 H cB, А / м

 B r, Тл

 H d, А / м

 B d, Тл

 K v, Гн

 SmCo 5

 5,4 · 10 Травня 0,77

 2,86 · 10 Травня 0,385

 1,35 · 10 -6

L, С, A - відповідно довжина, висота і ширина магніту;

Z - довжина робочого зазору;

геометричні розміри концентраторів: Lк- довжина прямої частини концентратора, Ак- ширина концентратора, ВК товщина концентратора;

? - кут між згинальної частиною концентратора і вертикаллю.

Вк = 0,001 М; Lк = 0,005М;

Ак = 0,003м; Z = 0,002м;

L = 0,003м; С = 0,004м;

A = 0,003м; ? = 30?.

Для розрахунку системи концентратор магнітного потоку умовно розбивається на ділянки, обмежені пунктирними лініями. Межі поділу обрані з урахуванням спрощення подальшого розрахунку.

Рис. 3.1 Дипольна магнітна система. Схема шляхів розсіювання магнітного потоку: I - магніт; II - концентратори магнітного потоку; III - робочий зазор; провідності а) магніту: 1 - Lm, б) концентраторів: 2 - Lа2- між бічними торцями; 3 - Lа3- між прямими ділянками зовнішніх (зовнішніх) поверхонь; 4 - Lа4- між бічними поверхнями прямих ділянок; 5 - Lа5- між секторними ділянками бічних поверхонь; 6 - Lа6- між внутрішніми ділянками вигнутих поверхонь; 7 і 8 - Lа7і Lа8- між бічними ділянками вигнутих поверхонь; 9 - Lа9- між внутрішніми прямими ділянками; 10 і 11 - Lа10- між зовнішніми ділянками вигнутих поверхонь; 12 - Lа12- між зовнішніми ділянками вигину; в) робочого зазору: 13 - Lр

Розрахунок:

Загальна провідність магніту визначається з урахуванням того, що провідність множиться на 4 за рахунок обліку чотирьох площин розсіювання

, (3.1)

де ?0- магнітна постійна (?0 = 4? · 10-7Гн / м).

Визначається провідність розсіювання арматури, відповідна шляхах 2 і 4 (рис.3.1), причому для шляхів 4 провідність подвоюється за рахунок обліку обох сторін системи

, (3.2)

(3.3)

Провідність розсіювання арматури, відповідна шляхах 3

, (3.4)

де g1 і g2 визначаються з графіків (рис.3.2). Параметри g1 і g2 залежать відповідно від Lк / С і Aк / С.

Рис. 3.2. Провідність між паралельними прямокутними поверхнями, зверненими в протилежні сторони:

g '= f (m', n '), де,

g "= f (m", n "), де,

Рис. 3.3. Заміна секторів квадратами: Т1 відстань між квадратами, Х1- сторона квадрата

Для визначення провідності розсіювання 5 між секторними частинами сектори замінюються квадратами, еквівалентними за площею секторам, причому центри квадратів розташовані на лініях центрів мас секторів (рис.3.3) (провідність подвоюється за рахунок обох сторін системи) \

, (3.5)

де X1і T1- відповідно сторона квадрата і відстань між ними.

Площа сектора

, (3.6)

Сторона квадрата Х1і відстань між квадратами Т1

(3.7)

Відстань між квадратами

, (3.8)

Провідності розсіювання арматури 6 розраховуються за аналогією з методом, як довжина відрізка, проведеного під кутом (? / 2-? / 2) до еліпса, освіченій півосями ?а6_1і ?а6_2 (ріс.3.4-3.5)

 (3.9)

 , (3.10)

 Рівняння еліпса:

 Рівняння прямої:

 Знаходимо точку перетину еліпса і прямої: x = 4.9275 · 10 -10

 y = 1.8389 · 10 -9

 Знаходимо ?а 6, як довжину відрізка між двома точками (0; 0) і (4.9275 · 10 -10; 1.8389 · 10 -9):

Провідності розсіювання 7 і 8 розраховуються аналогічно (7.5), іпользуя еквівалентні прямокутники

, (3.11)

, (3.12)

де Х2 Х5 боку прямокутників; Т2і Т3- відстані між ними. Площі прямокутника (для шляхів розсіювання 7) і трикутника (для шляхів розсіювання 8) відповідно визначаються

, (3.13)

, (3.14)

Боку нових прямокутників

, (3.15)

(3.16)

(3.17)

(3.18)

Провідність розсіювання арматури 9 згідно

, (3.19)

Провідності 10 і 11 об'єднуються в одну і розраховуються аналогічно п.5 (по полуосям еліпса ?а10_1і ?а10_2), причому значення провідностей, які відповідають полуосям еліпса, визначаються згідно рис.3.6, 3.7. Непаралельністю блізлежайшіх сторін фігури на даному етапі можна знехтувати, але надалі при розрахунку провідності робочого зазору через випучіваніе у країв вона враховується.

, (3.20)

де g3 і g4 залежать від співвідношення сторін фігури (рис.3.7) і визначається з графіків (рис.3.4, 3.7)

, (3.21)

За аналогією з п.5 визначаємо:

Провідність розсіювання 12 визначається таким чином: чверть бічної поверхні циліндра замінюється плоскою прямокутною поверхнею з шириною, рівній ширині концентратора, і висотою, рівній висоті самої циліндричної поверхні. Через значної величини зазору похибка виходить незначною.

(3.22)

де Х6- висота прямокутника.

Площа циліндра

, (3.23)

Бічна сторона прямокутника (рис.3.8)

, (3.24)

Провідність робочого зазору між полюсами з урахуванням витріщення поля з бічних поверхонь, розташованих під різними кутами.

, (3.25)

де Арасч і Врасч - "розрахункові" розміри полюсів

, (3.26)

, (3.27)

де g5, g6, g7 - питомі провідності ребер полюса, залежні від координат поля витріщення, вибираються з графіка (рис.3.9).

Сумарна провідність розсіювання арматури

(3.28)

Будується крива розмагнічування (ріс.7.12).

, (3.29)

Де

, (3.30)

= 776375,92

(3.31)

a = 0.941

де Вr- залишкова індукція, Hcb- коерцитивної сила по індукції, Bdі Hd- координати екстремальної точки, що визначає максимум енергетичного твору.

Будується пряма провідності магніту під кутом ?1к осі Н (рис.3.10)

,

(3.32)

З точки перетину функцій B (H) і (3.10) під кутом ?2к горизонталі будується крива магнітного повернення (рис.3.10)

, (3.33)

де Кv - коефіцієнт повернення.

 H cb

 a 2

0

H

B

Проводиться пряма зовнішньої провідності системи під кутом ?3к осі Н (рис.3.10)

, (3.34)

Визначаються координати робочої точки ВМІ Нм (рис.3.10) на перетині кривої магнітного повернення і прямий зовнішній провідності.

Визначається індукція в зазорі Вр через коефіцієнт розсіювання [2].

, (3.35)

де Smі Sz- відповідно площі поперечного перерізу магніту і робочого зазору; ? - коефіцієнт розсіювання магнітного потоку;

(3.36)

де

Pa, Рbі Рс- периметри поперечних перерізів відповідно похилої частини концентратора, прямої частини концентратора і магніту.

Площа поперечного перерізу робочого зазору

(3.37)

Площа поперечного перерізу магніту

(3.38)

Периметр похилої частини концентратора

(3.39)

Периметр прямої частини концентратора

(3.40)

= 0.008

Периметр магніту

(3.41)

За наведеною методикою визначається максимальна магнітна індукція на магнітній нейтралові в зазорі дипольної МС.

1) Побудуємо графік залежності індукції від переміщення для дипольної МС (рис 3.11)

, (3.42)

де Вmax- максимальне значення магнітної індукції в зазорі дипольної системи, обумовлений величиною магнітних провідностей системи, Тл; X - зміщення вимірювача магнітної індукції (ІМІ) щодо становища з Вmax, м; k - коефіцієнт, залежить від ширини ІМІ (k == 0,13 ... 0.17) .3.2 Розрахунок магнітодіода

Вихідні дані для розрахунку параметрів магнітодіода:

Вихідний матеріал - арсенід галію.

Питомій опір - 25000 Ом · см;

Час життя неосновних носіїв заряду - 600 мкс.

Робоча напруга - 2 В.

Струм, що протікає через магнітодіод, I = 0,25 мА, при індукції магнітного поля B = 0.23 Тл. Що виникає холлівських напруга при заданому струмі і індукції Uх = 2,5 В. Напруженість електричного поля E = 1,37 · 104В / см. Товщина пластини (рис.3.12) визначається з рівняння

, (3.43)

де-коефіцієнт Холла; h - товщина напівпровідникової пластини в напрямку магнітного поля; I - струм, поточний через пластину; q - заряд електрона (1,6 · 10-19Кл); p - концентрація носіїв заряду в базі магнітодіода; B - магнітна індукція зовнішнього магнітного поля

. (3.44)

Концентрація носіїв заряду в базі магнітодіода

, (3.45)

де r - питомий опір пластини, Ом · см; mр- рухливість дірок, 400 см2 / В · с.

Рис. 3.12. Конструкція магнітодіода

Підставами цей вираз у формулу (3.44)

Ширина пластини магнітодіода знаходиться з виразу

, (3.46)

де v - дрейфова швидкість носіїв заряду в магнітодіоде, яка дорівнює

де mр- рухливість дірок; E - напруженість електричного поля.

v = 400-4 · 1.37 · 106 = 5,48 · 104м / с.

Підставами це значення в формулу (3.38)

.

Оптимальне значення відношення d / L, тобто довжини бази до довжини дифузійного зміщення

(D / L) опт = 1.2 + 0.5 · ln (pо · r), (4.5)

де L - довжина дифузійного зсуву, см; pо = P / S - питома розсіює потужність, Вт / см2; S - площа поперечного перерізу магнітодіода, см2; P - розсіює потужність, Вт; r - питомий опір, Ом · см; розсіює потужність:

P = U · I = 2 · 0,25 · 10-3 = 5 · 10-4Вт.

Площа поперечного перерізу магнітодіода

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

Питома розсіює потужність

.

Підставимо отримані значення у формулу (3.39)

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

Довжина дифузійного зсуву знаходиться з виразу

, (3.47)

де b = mn / mp; mр- рухливість дірок, 400 см2 / B · с; mn- рухливість електронів, 8500 см2 / B · с; jт- температурний потенціал, 0.025 В; tр- час життя носіїв заряду, для даного матеріалу> 600 мкс.

см.

Довжина бази магнітодіода дорівнює

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

Довжина магнітодіода з урахуванням ширини контактних майданчиків дорівнює

l = 2,9 + 2 · 0.8 = 4,4 мм.

Основні геометричні розміри магнітодіода:

h (товщина) = 0,23 мм;

а (ширина) = 0, 194 мм;

d (довжина бази) = 2,9 мм;

l (довжина магнітодіода) = 4,4 мм.

Проведемо розрахунок параметрів іонного легування арсеніду галію для створення n + - і p + -області під инжектируются і антізапірающій контакти; n + - область утворюється введенням атомів фосфору, а p + -Запровадження атомів бору.

Основні вихідні дані для розрахунку параметрів іонного легування: прискорює напруга E = 100 кеВ; доза легування Ф = 1012см-2 (при легуванні бором); доза легування Ф = 1012см-2 (при легуванні фосфором). Необхідно розрахувати глибину залягання pn переходу. При легуванні бором E = 100 кеВ, Rp = 307 нм, DRp = 69 нм

, (3.48)

де Rp - середня проекція пробігу іона; DRp - середнє квадратичне відхилення проекції пробігу;

см-3.

Глибина pn переходу визначається з співвідношення

, (3.49)

де Nо- вихідна концентрація домішок в підкладці.

Глибина залягання pn переходу при іонному легуванні бором дорівнює 0.6 мкм.

У процесі легування фосфором при E = 100 кеВ, Rp = 135 нм, DRp = 53 нм

Магнітна чутливість отриманого магнітодіода

, (3.50)

де U = 2В - напруга на магнітодіоде при B = 0.

Вольт-амперна характеристика магнітодіода

(3.51)

(3.52)

Підставляючи значення напруги від 0 до 2 В, будуємо графік залежності I = f (U) (рис.3.13).

Рис.3.13. Вольт-амперна характеристика магнітодіода

Побудуємо графік залежності вихідної напруги магнітодіода від переміщення U (X) (рис.3.14).

де :, I - керуючий струм, мА, Вmax- максимальне значення магнітної індукції в зазорі дипольної системи, обумовлений величиною магнітних провідностей системи, Тл; X - зміщення вимірювача магнітної індукції (ІМІ) щодо становища з Вmax, м; k - коефіцієнт, залежить від ширини ІМІ (k == 0,13 ... 0.17).

 , М

Рис. 3.14.Завісімость вихідної напруги від зміщення вимірювача магнітної індукції щодо положення з Вmax.

4. Розробка топології кристала

При розробці топології кристала напівпровідникового датчика на кристалі необхідно враховувати наступні конструктивно-технологічні обмеження [8]:

Таблиця 4.1 - Конструктивно-технологічні обмеження

 Мінімально-допустимі розміри мкм

 Розмір контактних майданчиків для приварки провідників 100 ? 100

 Відстань між контактними майданчиками 70

 Ширина провідника 6

 Відстань між провідниками 4

 Розміри вікна розтину в окисле 4 ? 4

 Розмір вікна в пасивуються шарі 100 ? 100

Кристал розмірами 4400800290мкм датчика являє собою арсенид галієві підкладку (? = 25000 Ом · см) з виконаними на ній магнітодіодом, отриманий методом іонної імплантації. Глибина іонної імплантації бору становить 0,6 мкм. Домішка фосфору впроваджується на глибину 0,4 мкм. Для зовнішньої розводки передбачені контактні площадки розміром 350'350 мкм.

Фігури суміщення розташовують однією-двома групами на будь-якому вільному місці кристала. Вони можуть мати будь-яку форму (найчастіше квадрат або хрест). Причому, на кожному фотошаблон, крім першого і останнього, є дві фігури суміщення, розташовані поруч один з одним. Менша фігура призначена для поєднання з попередньою операцією, а велика - з подальшою. На першому фотошаблон розташована тільки велика фігура, на останньому тільки менша. [8]

Виходячи з вищенаведених положень, розробляється топологія кристала, тобто найбільш оптимальне розміщення на кристалі елемента і контактних майданчиків. Креслення кристала наведений у додатку А.

5. Складання схеми електричної принципової пристрої

Схема електрична принципова датчика містить дві частини (рис 5.1): погоджує; підсилювач.

Магнітне поле змінює опір магнітодіода і, отже, вхідний струм транзистора, що призводить до зміни падіння напруги на резистори R3, з якого знімається вихідна напруга. Оптимальне значення індукції постійного магнітного поля зміщення Bсмзавісіт від R1. Вибором значення R2 можна в широких межах змінювати значення Bсмпрі заданому Bупр.

З безлічі операційних підсилювачів обраний вимірювальний операційний підсилювач ОР-07, оскільки він відрізняється малим вхідним напругою, малим напругою шумів, досить великим коефіцієнтом посилення, широким діапазоном робочих напруг.

Підсилювач ОР-07 в с своїй структурі містить вхідний підсилювальний каскад і кінцевий, між ними на елементах С1, С2, R8, R10, збирається схема фільтра.

 2.

 1.

Рис 5.1. Схеми електричної принципової датчика.

6. Розробка технології виготовлення чутливого елемента

Основні параметри і вимоги технологічного процесу до подложкам арсеніду галію [7]

Вимоги до подложкам нелегованого напівізолюючих GaAs наведені в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1

 Питомий опір, Ом · см

 - Вихідне

 > 1 · 10 Серпня

 - Після термообробки 850 о С, 60 хв.

 > 1 · 10 Серпня

 Тип провідності р

 Рухливість, см 2 / В · сек 6000

 Щільність дислокацій, см -2 і розподіл їх по пластині

 <200

 однорідне

 Концентрація залишкових домішок, див -3

 <1 · 14 жовтня

 Розкид показників по площі пластини,% <3

 Концентрація глибоких рівнів, см -3

 <1 · 14 жовтня

 Порушення стехіометрії в обсязі і на поверхні відсутня

Технологія формування транзисторних структур [7]

В даний час і в осяжному майбутньому іонна імплантація буде найбільш поширеним методом формування активних верств в масового виробництва зважаючи таких очевидних переваг, як: простота здійснення, висока однорідність і відтворюваність параметрів імплантованих шарів, локальність методу. Характерною особливістю процесу в технології GaAs є необхідність імплантації малих доз домішки і малі глибини залягання шарів. Основними вимогами до устаткування для імплантації є: контроль і відтворюваність малих доз імплантований домішки, формування пучків з малим розкидом по енергіях (моноенергетичних), контроль емісії джерел іонів, контроль поперечного перерізу пучка, придушення ефектів каналювання, контроль привнесених забруднень, заряду і температури пластин під час імплантації, відсутність взаємодії іонного пучка з конструкційними матеріалами установок імплантації.

Крім імплантації, істотним моментом формування активного шару, є активаційний отжиг, що проводиться при температурах порядку 800 - 900оС.

Тре6ованія до технології формування активних верств наведені в таблиці 6.2. [7]

Таблиця 6.2

 Іонна імплантація

 Імплантуються іони

 Si, Mg, Se, Be, B, Te, SiF 2

 Енергія іонів, кеВ 50? 400

 Розкид по енергіях,% 2

 Доза імплантації, см -2

 1 · 12 жовтня 5 · 13 жовтня

 Точність підтримки дози,% 1

 Температура підкладки, о С 25 - 400

Режим обробки пластин наведені в таблиці 6.3. [7]

Таблиця 6.3

 Режим обробки пластин груповий

 Активаційний отжиг

 Спосіб відпалу Термічний в печі

 Температура відпалу, о С 800-900

 Точність підтримки температури., О С 2

 Розкид температури в межах пластини, о С 2

 Ступінь активації домішки,%> 90

 Параметри активних верств

 Концентрація домішки в каналі, см -3

 10 -12

 Рухливість, см 2 / В * сек 3500

Вимоги до технології обробки поверхні. [7]

На заключних стадіях виробництва технологія обробки поверхні, в основному, визначається завданнями, що виникають при осадженні металевих і діелектричних шарів, травленні, формуванні контактів і при проведенні операцій планарізаціі. Тому вимоги до технології обробки поверхні на даних стадіях практично не відрізняються від аналогічних вимог технології кремнієвих пластин.

На початкових стадіях виробництва вимоги до технології обробки поверхні визначаються вимогами формування кордону розділу арсеніду галію з металевими, діелектричними і напівпровідниковими шарами. Найбільш суттєвими з них є: структурну досконалість і відсутність порушень стехиометрии поверхні GaAs, зниження поверхневої концентрації металів і органіки, пасивація поверхні напівпровідника з метою затримки формування природного оксиду. Однак основна складність їх реалізації полягає в тому, що вони повинні виконуватися як при підготовці поверхні пластин до епітаксійних нарощуванню (підготовка вихідної поверхні), так і при очищенні поверхні у вікнах фоторезиста і (або) діелектрика перед операцією нанесення металізації омічних контактів. Це свідчить про те, що одні й ті ж результати очищення повинні досягатися різними методами обробки (органічні і неорганічні сполуки, сухі процеси), а також їх комбінацією, У кожному конкретному випадку технологія обробки буде визначатися економічною доцільністю.

На даний момент і в осяжному майбутньому рідинні методи очищення будуть використовуватися найбільш широко, зважаючи таких властивих водних розчинів властивостей, як висока розчинність в них металів, ефективна передача звукової енергії при ультразвукової очищенні поверхні від забруднюючих частинок. Способи ж обробки будуть відрізнятися значною різноманітністю: обробка в розбавлених і чергуються реактивах, обробка зануренням і розпиленням, використання ультразвуку, поверхнево-активних речовин, гидромеханической відмивання у воді і органічних розчинниках. Для технології GaAs ІС найбільш принциповими моментами є: використання неокисляющих реактивів та сушка пластин без доступу атмосферного кисню.

Вимоги до технології обробки поверхні наведені в таблиці 6.4.

Таблиця 6.4

 Початкові етапи виробництва

 Вноситься дефектність, м -2 1400

 Розмір часток, мкм 0,12

 Ширина исключаемой крайової області, мм 3

 Ефективність видалення частинок,% 95

 Поверхнева концентрація металів, див -2

 5 · 10 жовтня

 Поверхнева концентрація органіки (у перерахунку на атоми вуглецю), см -2

 1 · 14 жовтня

 Витрата деионизованной води для операції промивки, л / см 2 0.020

 Частка Рециклюємий деионизованной води,% 50

 Мікрорельєф поверхні (середньоквадратичне значення), нм 0.20

 Завершальні етапи виробництва

 Вноситься дефектність, м -2500

 Розмір часток, мкм 0,12

 Поверхнева концентрація органіки

 (У перерахунку на атоми вуглецю), см -2

 1 · 15 жовтня

 Число розривів, що припадає на мільярд контактів 0.8

 Число розривів і закороток, що припадає на кілометр ліній електророзводки, км -1 0.2

 Опір контактного вікна, Ом <2

Технологія виготовлення магнітодіода.

Для виготовлення магнітодіодов використовують арсенід галію p-типу провідності з r?25 кОм · см і часом життя носіїв заряду більше 600 мкс

Пластини арсеніду галію товщиною 0.4 ± 0.1 мм спочатку шліфують, полірують до 14-го класу шорсткості і стравлюють порушений поверхневий шар. Проводиться фотолітографія для отримання маски з фоторезисту під іонне легування бором.

Іонне легування проводиться на прискорювачі типу "Везувій" бором трехфтористого (BF3) з енергією 100 кеВ і дозою опромінення 330 мкКл / см2. Поверхневий опір легованої області має бути rS = 800 Ом / y. Таким чином, виходить область p + -типу провідності.

Видалення маски фоторезиста проводять плазмохімічним травленням в атмосфері кисню. Після обов'язкової межоперационной очищення пластин проводиться другий фотолітографія для формування маски з фоторезисту під легування області фосфором.

Іонне легування для формування області n + проводиться фосфором трихлористого (PCl3) до отримання питомого поверхневого опору rS = 130 Ом / y.

Після видалення фоторезиста і хімічної обробки пластин проводять повторне осадження піролітичного оксиду товщиною (0.4 ± 0.1) мкм для формування маски для отримання контактів до легованих областям. Потім за допомогою третьої фотолитографии розкриваються вікна під контакти до областей p + - і n + -типу, після чого на всю поверхню пластини наноситься плівка сплаву Al товщиною (0.8-1.5) мкм при температурі підкладки 200 ° C.

Далі проводиться четверта операція фотолитографии по сплаву алюмінію для формування контактних майданчиків. У вікнах, розкритих в захисному окисле, сплав утворює електричний контакт з арсенідом галію після короткочасного відпалу (10 хв) при температурі (550 ± 1) ° C в атмосфері азоту. Потім проводиться контроль функціонування магнітодіодов за допомогою вимірювача характеристик напівпровідникових приладів типу Л2-56.

Після контролю функціонування проводиться низькотемпературне осадження окису арсеніду галію завтовшки (0.37-0.52) мкм для захисного покриття магнітодіода (пасивація) при температурі (420-450) ° C.

Потім проводиться ще одна (п'ята) фотолітографія по плівці захисного діелектрика для розтину вікон до контактних площадок.

При виготовленні магнітодіодов застосовуються багатошарові контактні площадки. В якості контактного і адгезійного шарів використовується плівка хрому з питомим опором rS = 180-220 Ом / y, а в якості провідного шару - плівка міді товщиною (1-1.5) мкм.

Після напилення плівок хрому і міді проводиться шоста фотолітографія для нанесення гальванічного покриття сплаву олово-вісмут товщиною 8-12 мкм на контактні площадки для захисту плівки від окислення і для поліпшення приєднання зовнішніх висновків до контактних площадок. Потім проводиться гальванічне нарощування шарів олово-вісмут і після видалення плівки фоторезиста - травлення з залишилася поверхні пластини напилених плівок міді та хрому. Зона з підвищеною швидкістю рекомбінації формується грубої шліфуванням грані, протилежній грані з контактами. Цим методом забезпечується швидкість рекомбінації вище 2 · 103см / с. На "планарної" грані швидкість поверхневої рекомбінації істотно нижче.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

з)

і)

к)

л)

м)

н)

Рис. 6.1. Схема технологічного процесу виготовлення магнітодіода: а) нанесення пиролитического оксиду; б) фотолітографія для отримання маски з фоторезисту під іонне легування бором; в) іонне легування бором; г) фотолітографія для отримання маски з фоторезисту під іонне легування фосфором; д) іонне легування фосфором; е) формування контактних вікон в захисній плівці оксиду перед напиленням алюмінію; ж) напилення плівки алюмінію; з) фотолітографія по алюмінію для формування контактних майданчиків; і) нанесення захисної плівки пиролитического оксиду; к) фотолітографія для розтину контактних майданчиків; л) напилення адгезионного подслоя хрому і провідного шару міді; м) фотолітографія для нанесення гальванічного покриття сплаву олово-вісмут; н) нанесення сплаву олово - вісмут і травлення плівок міді та хрому.

Маршрут виготовлення магнітодіодов.

1. Хімічна обробка арсенид галієвих пластин, двостадійна в перекисно-аміачному розчині і суміші Каро. Суміш Каро - H2О2: Н2SO4 = 1: 3.

2. Відмивання в деионизованной воді протягом 4-6 хвилин.

3. Низькотемпературне осадження піролітичного оксиду товщиною (0.4 ± 0.1) мкм. Просувати човник з пластинами через три зони з різними температурами: 250 ° C, 350 ° C і 450 ° C, по три хвилини в кожній. Потім витримати в зоні при 500 ° C протягом (5 ± 1) хв в парах окислювача від 60 до 150 хв.

5. Травлення оксиду. Склад травителя: H2O - 206 мл, амоній фтористий (NH4F) - 401 г, кислота фтористоводнева (HF) - 60 мл, кислота оцтова (CH3COOH) - 166 мл, гліцерин (C3H8O3) - 166 мл. Залишки оксиду на пластині не допускаються.

6. Фотолітографія для отримання маски з фоторезисту під легування бором. Фоторезист ФП-РН-7 або ФП-383.

7. Іонне легування бором для формування областей p +. Доза опромінення - 330 мкКл / см2, енергія - (80?100) кеВ, поверхневий опір rS = 800 Ом / y.

8. Видалення маски фоторезиста плазмохімічним травленням в атмосфері кисню (О2).

9. Хімічна обробка пластин в перекисно-аміачному розчині.

10. Фотолітографія для отримання маски з фоторезисту під легування фосфором. Фоторезист ФП-РН-7 або ФП-383.

11. Іонне легування фосфором для формування областей n +. Як джерело домішок використовується фосфор треххлорістий (PCl3). Доза опромінення - 330 мкКл / см2, енергія (80?100) кеВ, поверхневий опір rS = 130 Ом / y.

12. Вилучення маски фоторезиста плазмохімічним травленням в атмосфері кисню (О2).

13. Хімічна обробка пластин в суміші Каро.

14. Низькотемпературне осадження оксиду товщиною (0.4 ± 0.1) мкм.

15. Фотолітографія для формування вікон під контакт з металізацією.

16. Хімічна обробка пластин перед напиленням.

17. Напилювання плівки сплаву Al товщиною (0.8-1.5) мкм, температура підкладки 200 ° C.

18. Фотолітографія по сплаву алюміній-галій для формування контактних майданчиків. Травлення не більше 1.5 мкм, догляд розмірів не більше 2 мкм.

19. Хімічна обробка пластин перед вжіганіем Al.

20. Термообробка для формування надійних контактів між контактними майданчиками і легованими шарами (вжигание Аl) при температурі (500 ± 1) ° C протягом 10 хв в атмосфері азоту.

21. Контроль функціонування за допомогою вимірювача характеристик напівпровідникових приладів Л2-56. Що не задовольняють вимогам пластини бракуються.

22. Хімічна обробка пластин.

23. Низькотемпературне осадження оксиду товщиною (0.37?0.52) мкм для захисного покриття елементів (пасивація) при температурі (420?450) ° C.

24. Фотолітографія для розтину контактних майданчиків.

25. Травлення (розтин контактних майданчиків в піролітичним окисле). Склад травителя: Н2О - 412 г, NH4F - 174 г, HF - 58 г, CH3COOH - 160 г, гліцерин - 160 м

26. Хімічна обробка пластини в перекисно-аміачному розчині.

27. Напилювання шарів хром-мідь. Плівка хрому припадає пилом з питомим опором r = (180?220) Ом / y, а плівка міді товщиною (1?1.5) мкм.

28. Фотолітографія для нанесення гальванічного покриття на контактні площадки. Фоторезист ФП-383. Активація хімічна поверхні міді для видалення плівки окису міді в розчині HCl: H2O = 1: 1.

29. Гальванічне осадження плівки олово-вісмут товщиною 8-12 мкм.

30. Плазмохимическое видалення фоторезиста в атмосфері кисню.

31. Травлення плівки напилень міді в травителя: H2SO4- 50 мл, окис хрому (CrO3) - 450 г, H2O - до 1000 мл.

32. Травлення плівки хрому в травителя: KOH - 28 мл, калій залізосиньородистим [K3Fe (CH) 6] - 250 г, H2O - до 1000 мл.

33. Нанесення лаку на планарную сторону пластини в якості захисного покриття перед шліфуванням зворотного боку для отримання шорсткої поверхні.

34. Шліфування зворотного боку пластини порошком шліфувальним "електрокорунд білий" М14 з подальшою відмиванням в спирто - бензиновою суміші (1: 1) і в чистому етиловому спирті.

35. Лудить контактних майданчиків у припої ПОС-61 методом занурення в установці лудіння при температурі (230 ± 10) ° C протягом (1-2) с. з попередніми флюсування в спеціальному флюсі.

36. Скрайбування пластин для поділу їх на кристали. Потім проводиться поділ (ломка) пластини на кристали.

Збірка чутливого елемента.

Збірка включає приєднання - монтаж структур до підстав корпусів, вивідним рамкам або додатковим подложкам, монтаж навісних кристалів, компонентів до плат, під'єднання електродних висновків до контактних площадок і зовнішніх висновків.

У процесі зберігання і експлуатації датчик піддають дії зовнішніх чинників: кліматичних, механічних і радіаційних. Тому потрібен захист, що забезпечує їх працездатність протягом тривалого часу. Рекомендується застосовувати корпусні захист чутливого елемента.

Для кріплення кристалів на підставу корпусу більш дешевим методом є клейка кристалів на підставу корпусу (наприклад клеєм ВК-9).

Для приєднання висновків до контактних площадок і зовнішніх висновків корпусу приладу використовується метод УЗ зварювання на установці "Контакт-4А". Метод полягає у приєднанні висновків у вигляді тонких металевих дротиків (діаметр 10 ... 30мкм) до контактних площадок при одночасному впливі інструменту, коїть високочастотні коливання. Для виготовлення дроту застосовуються пластичні метали, звичайно алюміній і золото. Як матеріал дроту вибираємо більш міцне золото ГОСТ 7222-75. Переваги такої зварювання - з'єднання без застосування флюсу і припоїв металів в твердому стані при порівняно низьких температурах і малій їх деформації 10 ... 30% як на повітрі, так і в атмосфері захисного газу. [3]

До корпусів пред'являються такі вимоги: корпус повинен володіти достатньою механічною міцністю; конструкція його повинна дозволяти легко і надійно виконувати електричне з'єднання; а також виконувати надійну ізоляцію елементів; запобігати проникненню вологості до захищається підкладці та ін. [8]

7. Розробка конструкції датчика і технічного процесу складання вимірювальної системи

Магнітні датчики не володіють якимись істотними обмеженнями при розробці конструкції вимірювальної системи. Онда особливість конструкції це відсутність магнітних матеріалів в конструкції корпусу, оскільки це може призвести до додаткових погрішностей вимірювання.

Магнітна система датчика утворена магнітом 3, двома концентраторами 4, які кріпляться на якір 8, вся магнітна система функціонує за лінійною траєкторії всередині підстави 6. На кришці 5 кріпитися магнітодіод 1. Погодитися частина 7 служить для з'єднання роз'єму датчика 2, який фіксується гайкою 9 з вимірювальною системою. Всередині основи при вимірах переміщається якір, загальна довжина якого дорівнює сумі довжин на кріплення, переміщення, і фіксування концентраторів і магніту. Також на якорі передбачена система захисту від механічного впливу магнітної системи на магнітодіод. Частини конструкції з'єднуються гвинтами і гайкою М2 Гост 4351-67.

Рис 7.1 Конструкція датчика вимірювання лінійного переміщення.

Процес складання вимірювальної системи:

Магніт і концентратори кріпляться на якір і фіксуються клеєм ВК-9 ОСТ 180215-84.

Якір у збірці по напрямних вставляємо в основу.

Висновки магнітодіода вставляємо в отвори на кришці, і фіксуємо клеєм ВК-9 ОСТ 180215-84.

Кришка і магнітодіод вставляються по напрямних в основу.

З'єднання висновків магнітодіода і висновків роз'єму виготовляють за допомогою мідного дроту М-0,5 ГОСТ 2112-79 довжиною 40 мм, провідники приєднуються методом УЗ зварювання.

На роз'єм одягається согласующая частина

Роз'єм фіксується за согласующей частиною гайкою роз'єму.

У зібраному вигляді частини конструкції з'єднуються гвинтами і гайкою М2 Гост 4351-67.

Висновок

В даному курсовому проекті справили розробку датчика вимірювання лінійного переміщення на магнітодіоде, в ході проектування якого проведені наступні конструкторські розрахунки:

розрахунок топології кристала магнітодіода, в результаті якого габаритні розміри складу 4400мкм800мкм0,4мкм;

розрахунок магнітної системи, на основі якого були обрані розміри магніту 3мм3мм4мм, концентратори товщиною 1 мм і шириною 3 мм, також на підставі цього розрахунку проведений аналіз вихідної напруги в залежності від переміщення.

Вибрані матеріали повністю задовольняють вимогам що пред'являються до датчика.

Результатом проведеної роботи є розроблена система вимірювання лінійного переміщення до 15 мм з габаритними розмірами 651725. Остаточним результат проведеної роботи представлений на складальному кресленні датчика в додатку В.

Список використовуваних літературних джерел

1. Андрєєва В.М. Матеріали мікроелектронної техніки. Москва. "Радіо і зв'язок" 1989р.

2. Бейліна Р. А, Грозберг Ю.Г., Довгяло Д.А. Мікроелектронні датчики. Новополоцьк ПГУ. 2001.

3. Готра З.Ю. Технологія мікроелектронних пристроїв: Довідник Москва: "Радіо і зв'язок" 1991.

4. Болвановіч Е.І. Напівпровідникові плівки і мініатюрні вимірювальні перетворювачі. - Мн: Наука і техніка, 1981.

5. маляки Є.П. Елементна база напівпровідникових інтегральних схем з підвищеною спец. стійкістю // Датчики і перетворювачі інформації систем вимірювання, контролю та управління (Датчик-97): Тез. докл.9-й науч. - Техніч. конф. за участю зарубіжних фахівців, м Гурзуф 18-25 травня 1997 / МГІЕМ. - М., 1997.

6. Мішин Д.Д. Магнітні матеріали. / Москва / Вища школа, 1981.

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

8. Березін А.С., Мочалкіна О.Р. Технологія та конструювання інтегральних мікросхем: Навчальний посібник для вузів. - М .: Радио и связь, 1992

Додатки

Додаток А

Складальне креслення датчика. Деталировка оригінальних елементів конструкції.
Інфляція і конкуренція
Міністерство сільського господарства Російської Федерації Кафедра економіки Контрольна робота з економічної теорії Зміст 1. Соціально-економічні наслідки інфляції 2. Економічна конкуренція Завдання №1. Медсестра витрачає на пошук потрібних їй продуктів харчування - якісних і дешевих - 30 год

Заробітна плата та ефективність її використання
Зміст Введення 1. Економічний зміст оплати праці в торгівлі та шляхи її вдосконалення 1.1 Оплата праці в торгівлі: поняття, сутність і регулювання в сучасних умовах 1.2 Склад заробітної плати працівників підприємства торгівлі та показники ефективності її використання 1.3 Основні напрямки вдосконалення

Діяльність підприємства в сфері освітніх послуг
ЗМІСТ Введення Глава 1. Теоретичні основи підготовки і перепідготовки кадрів масових професій 1.1 Нормативні акти, що регламентують діяльність підприємства 1.2 Стан та завдання розвитку освітніх установ у сфері підготовки та перепідготовки кадрів масових професій Глава 2. Ринкове оточення

Бізнес-план ВАТ "Скотар"
Міністерство сільського господарства Російської Федерації Федеральне державне освітній установа вищої професійної освіти «Алтайський державний аграрний університет» Кафедра: «Кафедра механізації переробки сільськогосподарської продукції» Бізнес план З дисципліни «Основи підприємництва» ВАТ

Роль карбоксипептидази N і ангіотензинперетворюючого ферменту в гемостазі у онкологічних хворих в ранньому післяопераційному періоді
Федеральне агентство з освіти Пензенський державний педагогічний університет ім. В. Г. Бєлінського Дипломна робота Роль карбоксипептидази N і ангіотензинперетворюючого ферменту в гемостазі у онкологічних хворих в ранньому післяопераційному періоді Студент Минькова Е. В підпис Керівник Сметанін

Загальні принципи надання невідкладною медичної допомоги при отруєннях
РЕФЕРАТ на тему: «Загальні принципи надання невідкладною медичної допомоги при отруєннях» Медсестри відділення анестезиологии і П'ЄТЬСЯ ЛЦРБ п.г.т. Ленино Губернової Тетяни Володимирівни Зміст 1. Актуальність проблеми отруєння 2. Діагностика гострих отруєнь на догоспитальном етапі 3. Симптоматичні

Роль кисня, світла і звуку в життєдіяльності риб
Федеральна державна освітня установа вищої професійної освіти «Камчатський державний технічний університет» Факультет заочного навчання Кафедра «Водних биоресурсов, рибальства і аквакультуры» Спеціальність 110901.65 «Водні биоресурсы і аквакультура» Дисципліна «Прикладна екологія риб» Контрольна

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати