Проектирование процесса производства интегральных схем для расчета внутреннего мгновенного источника тепла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

2. Описание программы

3. Исходный код с пояснениями

Заключение

Литература

Введение

Воздействие фотонов, электронов и ионов на твердые тела порождает в них физико-химические процессы, эффективность проявления которых зависит от свойств облучаемого материала и определяется такими основными параметрами воздействующего излучения, как энергия, масса, заряд составляющих его частиц, интенсивность потока.

Отличаясь значительно по собственным характеристикам и производимым эффектам, фотоны, электроны и ионы во взаимодействии с твердыми телами характеризуются некоторыми общими закономерностями. В диапазоне низких и средних энергий торможение этих частиц происходит преимущественно в приповерхностной области облучаемого образца и при определенной интенсивности воздействия доминирующим становится тепловой эффект. Причем для ионов как для наиболее тяжелых частиц энергетический диапазон, соответствующий условию приповерхностного выделения энергии, простирается от десятков эВ до сотен МэВ. Для более легких электронов и фотонов, обладающих большей проникающей способностью, названному критерию удовлетворяют электроны с энергией от десятков до сотен эВ, а также фотоны спектрального диапазона от УФ до ИК области.

1. Теоретическая часть

Энергию, выделяющуюся в единице объема слоя поглощения, определим с учетом спектрально-энергетической характеристики воздействующего излучения, а также спектральных и температурных зависимостей параметров полупроводникового материала. В одномерном случае

, (1)

где-- спектральное распределение мощности падающего излучения; --безразмерная функция, задающая форму и длительность импульса излучения; -- функция, описывающая закон поглощения излучения. Безразмерная нормировочная функция введена для учета прошедшей части излучения и определяется из условия

. (2)

Тогда

(3)

Спектральное распределение мощности падающего излучения зависит от генерирующего его источника. Лазеры, электронные и ионные пушки создают потоки частиц, которые с достаточной для практических целей точностью считаются моноэнергетическими, т. е.. .

Спектральный состав излучения необходимо учитывать для некогерентного света, типичными источниками которого являются газоразрядные лампы и лампы накаливания.

На рисунке 1 показаны их типичные характеристики. Несмотря на имеющиеся отличия, приведенные спектральные распределения удовлетворительно аппроксимируются формулой Планка для излучения абсолютно черного тела, нагретого до температуры :

(4)

где с -- скорость света; h -- постоянная Планка; ; -- длина волны излучения.

Рисунок 1 - Спектры излучения рубинового лазера (1), ксеноновой (2) и галогенной (3) лампы

Функция поглощения описывает распределение выделенной энергии по толщине и зависит как от природы частиц в потоке излучения, так и от свойств материала. Поглощение фотонов подчиняется закону Бугера-Ламберта, с учетом которого

(5)

Здесь -- спектрально и температурно-зависимый коэффициент поглощения. В случае электронов и ионов функция поглощения может быть задана распределением Гаусса:

(6)

или, более точно, функцией Пирсона. Параметры и относятся к профилю распределения выделенной энергии, повторяющему распределение дефектов в мишени. Для данного материала они являются функцией энергии, массы частиц и практически не зависят от температуры мишени. Для описания торможения электронов в мишенях с атомным номером Z от 6 до 50 (от углерода до олова) удовлетворительную точность имеют эмпирические выражения

(7)

(8)

где выражено в г/см³; В = 3,92*10^-6+1,562*10^-7Z; b=1,777-2,165*10^-3Z, а энергия электронов задается в кэВ.

Необходимые для тепловых расчетов температурные и спектральные зависимости теплофизических и оптических параметров полупроводников обобщены в таблице 1 .Приведенные эмпирические зависимости получены аппроксимацией экспериментальных данных и имеют требуемую для численного моделирования реальных процессов точность.

Таблица 1 .Параметры кремния, используемые для тепловых расчетов

Параметр	Выражение
Ширина запрещенной зоны , эВ	к - 1,21-3,6*10-4 *Т
Коэффициент отражения света R(T)	к - 0,33
Коэффициент поглащения света , см-1	к - , где , эВ

Для оценочных расчетов, а также в случае воздействия на полупроводник монохроматического излучения с энергией, большей ширины его запрещенной зоны, коэффициент пропускания с достаточной точностью можно считать равным нулю. Однако для некогерентного света со значительной длинноволновой областью в спектре, для которой полупроводниковый материал прозрачен, требуется учет пропускания.

Коэффициент пропускания является сложной функцией толщины, температуры образца и энергии воздействующих фотонов. Надежные экспериментальные данные, также как и простые аналитические выражения для диапазона температур, представляющего практический интерес (от комнатной до 700 -- 800 °С), отсутствуют. В приближении слабой зависимости поглощения от энергии фотонов получено выражение

(9)

(10)

Рассчитанные с учетом спектральных и температурных зависимостей полупроводниковых материалов профили распределения поглощенной энергии в кремнии, облучаемом когерентным и некогерентным светом, а также в германии, арсениде галлия и антимониде индия, нагреваемых излучением галогенных ламп, показаны на рисунке 2 .В случае монохроматического лазерного излучения его энергия поглощается в тонком приповерхностном слое толщиной около 1 мкм.



Рисунок 2 - Распределение поглощенной мощности по толщине пластин кремния, германия, арсенида галлия и антимонида индия, облучаемых когерентным и некогерентным светом с экспозиционной мощностью 35 Вт/см²

Для некогерентного света, имеющего в своем спектре длинноволновое излучение, глубина слоя поглощения достигает 40 -- 60 мкм при температурах 100--400 °С. С увеличением температуры полупроводникового образца слой поглощения становится более тонким за счет уменьшения ширины запрещенной зоны и дополнительной генерации свободных носителей, приводящей к увеличению коэффициента поглощения. В температурном интервале 400--700 °С коэффициент поглощения кремния для излучения видимого и ИК диапазонов увеличивается в 3--5 раз, что приводит к практически полной адсорбции энергии фотонов в облучаемых образцах.

Следует также отметить, что при задании спектрального распределения мощности воздействующего излучения таблично и аналитически формулой Планка для галогенных ламп различия в результатах расчета мгновенного источника тепла находятся в пределах 3--5 %. Для излучения же ксеноновой лампы интегральное значение выделенной энергии при табличном задании спектра оказывается на 7--9 % больше, чем при использовании аналитического выражения.

2. Описание программы

Для расчета графика зависимости необходимо задать энергию ионов (E) в верхней части программы и нажать клавишу "РАСЧЕТ". При этом появится график. Если изменить значение энергии ионов и произвести новый расчет, то новый график будет отображен рядом со старым, а справа от графиков будут приведены значения энергии ионов и цвет линии графика при этом значении.

При нажатии на кнопку "ОЧИСТИТЬ", производится очистка графика от предыдущих расчётов. Если график не очистить, то следующий график выводится на панель с сохранением графиков предыдущих расчётов, что удобно для наблюдения изменений расчетов.

Если надо указать глубину залегания предварительно выйти в меню "ФАЙЛ" и изменить параметры глубины.

Первоначально график зависимости строится в "x,y,z" формате. Чтобы перейти в плоскость "x,y" - нажимаем меню "ФАЙЛ" затем соответствующий пункт.

Для выхода из программы нажимаем кнопку "ВЫХОД".

Информация о разработчике указана вверху программы.

Общий вид главного окна программы представлен на рисунке 3.1

Пример работы программы показан на рисунке 3.2



Рисунок 3.1 - Общий вид главного окна программы

Рисунок 3.2 - Пример работы программы

3. Исходный код с пояснениями

unit Unit1; //Название модуля

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls, TeeProcs, TeEngine, Chart, Series, Menus; //Библиотеки

function f(x,rp,drp:extended):extended; //Предварительное создание функции

type //Описание классов программы

TForm1 = class(TForm)

Chart1: TChart;

ComboBox1: TComboBox;

Label1: TLabel;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

Edit1: TEdit;

Label2: TLabel;

Button3: TButton;

Memo1: TMemo;

MainMenu1: TMainMenu;

N1: TMenuItem;

N31: TMenuItem;

XY1: TMenuItem;

N3: TMenuItem;

N4: TMenuItem;

N5: TMenuItem;

Image1: TImage;

Label3: TLabel;

procedure Button2Click(Sender: TObject);

procedure Button1Click(Sender: TObject);

procedure Button3Click(Sender: TObject);

procedure N3Click(Sender: TObject);

procedure N31Click(Sender: TObject);

procedure N5Click(Sender: TObject);

procedure XY1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

function f(x,rp,drp:extended):extended; //Программируем функцию по формуле (6)

var

a,b:extended; //Задание переменных

begin

a:=1/sqrt(2*3.14*drp);

b:=-0.5*sqr((x-rp)/drp);

a:=a*exp(b);

f:=a;

end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject); //Очистка графиков при нажатии кнопки

// "ОЧИСТИТЬ"

begin

while Form1.Chart1.SeriesCount<>0 do Form1.Chart1.Series[0].Destroy;

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); //непосредственный расчет программы

//при нажатии кнопки "РАСЧЕТ"

var //Задание переменных

h,a,b : extended;

rp,drp: extended;

s : TLineSeries;

begin

Chart1.Visible:=True; //При нажатии кнопки "РАСЧЕТ" выводится окно-графика

Memo1.Visible:=False; //А окно-описание прячется

b:=strtofloat(Form1.Edit1.Text)*1E-6; //Ввод глубины залегания

h:=b/200;

case Form1.ComboBox1.ItemIndex of //Выбор "энергии ионов" из заданного списка

0: begin // Для E=200 кэВ

rp:=1818E-9;

drp:=123E-9;

end;

1: begin // Для E=500 кэВ

rp:=5000E-9;

drp:=250E-9;

end;

2: begin // Для E=1000 кэВ

rp:=7200E-9;

drp:=450E-9;

end;

end;

a:=0;

s:=TLineSeries.Create(self);

s.Title:='E='+Form1.ComboBox1.Text; //Вывод информации о "энергии ионов (E)"

Form1.Chart1.AddSeries(s); //Добавляет эту надпись на график

while a<b do

begin // Вывод графика зависимости

s.AddXY(a*1E6,f(a,rp,drp),'',clTeeColor);

a:=a+h;

end;

end;

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

begin

close; //Выход из программы

end;

procedure TForm1.N3Click(Sender: TObject);

begin

Label2.Visible:=True;

Edit1.Visible:=True;

end;

procedure TForm1.N31Click(Sender: TObject);

begin

Chart1.View3D:=True; //Вывод 3D графика

end;

procedure TForm1.N5Click(Sender: TObject);

begin

Close; //Выход из программы

end;

procedure TForm1.XY1Click(Sender: TObject);

begin

Chart1.View3D:=False; //Переходит в режим x,y плоскости

end;

end.

Заключение

Современное проектирование процесса производства интегральных схем невозможно представить без автоматизации. Слишком много параметров нуждаются в расчете, поэтому практически все процессы рассчитываются на ПК. Для расчетов используются различные языки (среды) программирования. Одной из таких является язык Delphi.

В результате проделанной работы была создана программа, позволяющая моделировать в диалоговом режиме мгновенного внутреннего источника тепла, создаваемого в кремнии облучением ионами водорода.

Программа позволяет получать графики и графические значения одновременно для нескольких входных параметров.

Программа разработана в среде Delphi 7.0.

полупроводниковый программа тепло delphi

Литература

1. Бубенников А. Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. - М., Высшая школа. 1989

2. Борисенко В. Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве. - Мн., Наука и техника. 1991

3. Абрамов И. И. Курс лекций "Моделирование элементов интегральных схем". - Мн., БГУ. 1999

4. Зи С. Физика полупроводников - М: Радио и связь, 1989

5. Лешок А.А. Курс лекций по МТПиЭИС

Размещено на Allbest.ru