Курсовая работа: Разработка магнитодиода

Наиболее перспективным полупроводниковым материалом для изготовления датчиков является арсенид галлия, который сохраняет работоспособность при более высоких температурах. В этом материале достаточно высокое значение постоянной Холла, что обусловливает хорошую чувствительность датчиков из GaAs. На основе GaAs возможно создание датчики, длительно работающих при температуре до 250 °С и кратковременно работающих при температуре до 300 °С. К важным достоинствам датчиков из GaAs относится также высокая линейность выходного сигнала по магнитной индукции (нелинейность не более 1-1,5%). [2]

Подвижность электронов GaAs примерно в шесть раз выше, чем в кремнии. Именно это обстоятельство привлекло большие исследовательские силы к разработкам ИС на GaAs.

Эпитаксиальный GaAs пригоден для изготовления датчиков на рабочие температуры вплоть до 770 К [4]. Приборы на основе GaAs успешно работают при высоких уровнях радиации, т.е. обладают бóльшей устойчивостью к дозовым эффектам, чем кремниевые аналоги. Установлено, что интегральные схемы на GaAs выдерживают в среднем импульсы излучения до 1010 рад/с. [5]. Высокая подвижность носителей важна во всех СВЧ-приборах, а также магнитных датчиках. Так же арсенид галлия характеризуется широкоим диапозоном значений удельных сопротивлений в сравнении с классическими полупроводниками как германий и кремний (рис2.1). [1]

Рис.2.1 Диапазоны значений удельных сопротивлений различных полупроводников.

Вследствие непрямого перехода зоны германиевые датчики требуют больших рабочих напряжений.

КПД арсенид галлиевых датчиков выше, а шумы значительно меньше кремниевых.

Возможность точной компенсации за счет неточного избыточного легирования позволила освоить промышленный выпуск высокоомных, так называемых "полуизолирующих", монокристаллов GaAs с удельным сопротивлением 107... ...108 Ом·см. Если при этом обеспечивается предельно

высокая чистота проведения операций, подвижность носителей может остаться на уровне 5000...7000 см2/ (В·с). Поэтому полуизолирующий GaAs может служить исходным материалом для изготовления транзисторов, причем создавать рn-переходы удается за счет введения мелких акцепторных и донорных примесей методом ионной имплантации. Так получают транзисторы и диоды ИС на GaAs, причем их взаимная изоляция обеспечивается самым простым и надежным способом - за счет высокого удельного сопротивления самого кристалла. Возможность такой изоляции на кремнии отсутствует из-за сравнительно высокой собственной концентрации, что вынуждает применять дополнительные конструктивно-технологические решения, иногда довольно сложные.

Помимо этих ограничений, преодолеваемых по мере совершенствования технологии, соединениям AlllBV присущ ряд недостатков, также сдерживающих их широкое внедрение [1]:

1. Низкая растворимость легирующих примесей, которые уже при концентрации свыше 1·1018 см-3 начинают выпадать из твердого раствора и, образуя новые фазы, становятся электрически неактивными. Столь малая предельная концентрация носителей не обеспечивает достаточного уровня инжекции из эмиттерной области транзистора. (Этот недостаток можно преодолеть, изготовляя эмиттер из более широкозонного материала, т.е. на гетеропереходе, но за счет усложнения технологии) Биполярные транзисторы на соединениях AIIIBV неэффективны также из-за низкой подвижности дырок, что сводит на нет преимущество в быстродействии.

2. Отсутствие собственных оксидов, обладающих достаточной стабильностью и пригодных для получения чистой, свободной от

электрически активных состояний границы диэлектрик-полупроводник. Это исключает возможность изготовления из соединений AIIIBV и МОП-транзисторов. И все же достоинства этого класса приборов - низкая потребляемая мощность, минимальный объем, столь четко выявившиеся в конкуренции МОП и биполярных кремниевых ИС - стимулируют продолжающийся поиск методов изготовления МДП транзисторов на соединениях AIIIBV.

3. Токсичность реагентов, используемых для выращивания монокристаллов и эпитаксии (AsCl3, AsH3, PH3), металлоорганиче-ских соединений в сочетании с взрывоопасностью водорода, который служит реакционной средой. Это создает напряженную обстановку на производстве, требует повышенных мер безопасности, серьезно усложняет аппаратуру и технологию.

4. Образование в процессах обработки арсенидов и фосфидов вредных для окружающей среды отходов, необходимость их тщательного улавливания и обезвреживания. И хотя сами по себе эти соединения нетоксичны, к их обработке надо относиться с большой осторожностью. Так, при шлифовке фосфидов нередко образуется чрезвычайно ядовитый газ-фосфин, а при растворении арсенидов в присутствии восстановителей - арсин.

В связи с миниатюризацией РЭА необходима разработка устройств с минимальным объемом и массой. Для получения сильных магнитов малого размера необходимы магнитотвердые материалы с наибольшей коэрцитивной силой и удельной магнитной энергией.

Такие материалы разработаны на основе интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными металлами (РЗМ) церием Се, самарием Sm, празеодимом Рr, лантаном La, иттрием Y типа RxCoyMz, где R - РЗМ, х, у, г - массовые доли компонентов в атомных единицах. Наиболее характерны соединения типа RCo5, RCo7 и R2Co17. Общим для таких соединений является наличие атомов металлов с большой разностью порядковых номеров (например, 62-Sm, 27-Со), большое различие в электронных структурах атомов, а также большая разность атомных радиусов компонентов (в соединениях РЗМ с кобальтом 0,18-0,125=0,055 нм, или 30%). Эти соединения характеризуются наибольшими значениями констант магнитной кристаллической анизотропии, большой магнитострикцией и значительной самопроизвольной намагниченностью, что обусловило успешную разработку на основе этих соединений магнитотвердых материалов с наибольшими значениями Нс и (ВН) т.

В табл.2.2 приведены магнитные параметры некоторых постоянных магнитов, достигнутые в лабораторных условиях, и для сопоставления указаны средние значения параметров сплава SmCo5, полученного в условиях промышленного производства [6]

Кроме того, эти сплавы характеризуются высокой хрупкостью. Так, прочность при сжатии этих магнитов примерно в 10 раз меньше, чем магнитов, полученных методом спекания.

Таблица 2.2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11