Одной из главных задач полупроводниковой техники является изготовление надежных приборов, способных работать в течение длительного времени. Хорошо известно, что электрические и оптические параметры электронных полупроводниковых приборов и их стабильность зависят от состояния поверхности полупроводниковых пластин [2, c. 4].

Обработка поверхности пластин полупроводников является очень важной в процессе производства интегральных схем различного назначения. Результаты подготовки подложек оказывают решающее влияние на получение различных структур и микроэлектронных изделий на их основе. Так, плохо очищенные полупроводниковые пластины могут являться некачественной подложкой для формирования на их основе наноразмерных структур. В зависимости от сложности получаемых изделий, операции очистки поверхности подложек занимают до трети общего количества всех технологических этапов изготовления полу­проводниковых изделий [3, с. 7 – 9].

К чистой поверхности пластин полупроводников предъявляются требования по минимальному содержанию различных загрязнений: органических, примесей металлов, механических частиц [4, c. 26].

Целью статьи является разработка технологического маршрута подготовки пластин полупроводника для дальнейшего его использования в качестве эпитаксиальных слоев.

Хорошо известно, что загрязнения на поверхности полупроводников могут носить органический и неорганический характер. Они могут представлять собой твердые и жидкие загрязнения, частицы и капли, вкрапления и остатки фоторезиста [5, c. 1].

Поверхность полупроводника характеризуется наличием огромного числа дефектов: дефекты упаковки, царапины, трещины, поверхностные дислокации, наколы и т.д.

Загрязнения (рис. 1) на поверхности кристалла присутствуют в виде ионов (катионы и анионы растворов), молекул (частицы материалов – цинк, никель, железо), атомов (пленки или частицы золота, серебра) [7, c. 185; 3, c. 10] . Кроме того, могут образовывать соединения с подложкой (например, оксиды).

Рис 1. Классификация загрязнений по типу взаимодействия с поверхностью

Электрические и оптические параметры электронных полупроводниковых приборов и их стабильность зависят от состояния поверхности полупроводниковых пластин [2, c. 5]. Кроме того, загрязнения являются одной из причин дефектов полупроводника. Это оказывает значительное влияние на характеристики изготовляемых микроэлектронных изделий (табл. 1).

При этом необходимо учитывать, что наибольшую опасность при обработке и хранении образцов представляют собой следующие факторы:

- оборудование;

- персонал,

- воздух.

Подобные источники загрязнений носят характер неконтролируемых или слабо контролируемых.

Поэтому с целью минимизирования количества подобного рода загрязнений на предприятиях и в лабораториях вводят определенные меры: чистые комнаты, стерилизация, спецодежда, вентиляция с ламинарным потоком воздуха, безконтактные методы обработки пластин, удаленное управление технологическими процессами.

Табл. 1. Влияние загрязнения на характеристики микроэлектронных изделий, изготовляемых на основе полупроводника

Методы очистки полупроводниковых пластин условно можно разделить на физические и химические (табл. 2).

Табл. 2. Методы очистки и обезжиривания образцов

Таким образом, подготовка образцов должна проводиться системно, с использованием как физических, так и химических методов очистки.

Ниже приведены основные этапы технологического маршрута очистки полупроводниковых пластин:.

1) шлифовка образцов алмазным порошком;

2) очищение пластин толуолом, этанолом и изопропанолом;

3) обезжиривание в горячем (75-80°С) перекисно-аммиачном растворе;

4) промывание в проточной деионизированной воде (удаление продуктов реакции предыдущей обработки);

5) обработка в горячей (90-100°С) концентрированной азотной кислоте (удаление ионов металлов);

6) гидродинамическая обработка пластин бельичими кистями в струе деионизированной воды;

7) сушка пластин с помощью центрифуги в струе очищенного сухого воздуха.

8) химическое или электрохимическое травление (химическая полировка пластин,

9) сульфидирование поверхности кристалла (пассивация).

Следует отметить, что некоторые этапы предварительной очистки можно опустить, в зависимости от предъявляемой чистоты поверхности пластин. И напротив, для специфических условий могут быть добавлены дополнительные промежуточные этапы подготовки пластин.

В процессе изготовления микроэлектронных устройств поверхность кристалла подвергается загрязнению от различных источников. Количество загрязнений не всегда можно контролировать, так как этот полупроводниковая пластина не является закрытой системой, постоянно взаимодействуя с внешней средой. Очистка полупроводниковых пластин является важной технологической задачей. В работе рассмотрены основные виды загрязнений и приведен технологический маршрут подготовки кристаллических образцов.

Как показывают наши исследования – повышается интенсивность изнашивания трущихся поверхностей деталей в масляной среде в присутствии эмульсионной воды. В практике эксплуатации машин в транспортном комплексе попадание воды в масло является обычным явлением. Вода значительно снижает долговечность, например, шариков подшипников качения из стали ШХ-15, причем, время до выкрашивания металла сокращается с увеличением концентрации воды в масле [1]. Температура масла при эксплуатации машин отличается от температуры воздуха, а перепад температуры влияет на изменение концентрации воды в масле. При резком понижении температуры вода из масла не успевает перейти в воздух и выделяется в виде микрокапель, образуя свободную воду, которая находится в равновесии с растворимой в нем водой.

Под воздействием неблагоприятных климатических факторов, определяющим из которых является температура окружающего воздуха, доля отказов шестеренных насосов обусловленных повышенным износом корпусных деталей возрастает. [2]

До настоящего времени не установлено количественной связи между температурой и интенсивностью изнашивания. Более того, среди исследователей нет единого мнения о том, увеличивается или уменьшается интенсивность изнашивания при понижении температуры. Большинство ученых все же считают, что с понижением температуры интенсивность изнашивания увеличивается.

Низкие температуры воздуха вызывают многократное увеличение вязкости смазочных материалов и технических жидкостей. Такое увеличение вязкости смазочных материалов снижает их жидкотекучесть, в результате чего поступление смазочных материалов к узлам трения затрудняется или может полностью прекратиться. Под действием низких температур влага, содержащаяся в смазочных материалах, кристаллизуется, что вместе с изменением свойств самих материалов снижает их смазывающие свойства (например, снижается свойство прилипаемости масла к металлическим поверхностям) и, тем самым, провоцирует возникновение сухого или полусухого режима трения и, как результата, повышения интенсивности изнашивания.

Образование микрокапель воды возможно при потеплении воздуха. В этом случае масло имеет более низкую температуру и водяные пары конденсируются на его поверхности, а затем проникают в глубь нефтепродукта. При охлаждении масла насыщенного водой с 50 до 20°С, в нем образуются микрокапли воды со средним диаметром 0,6…0,7 мкм. С течением времени они укрупняются и постепенно осаждаются на дне резервуаров, образуя отстойную воду.

Присутствие воды в маслах приводит к ухудшению их смазывающей способности, усилению коррозионного воздействия масел на металлы, активации процессов окисления входящих в состав углеводородов, усилению водородного разрушения поверхностных слоев трущихся сопряжений. Практически все трущиеся поверхности деталей из стали, чугуна, титана и других металлических материалов имеют повышенное содержание водорода, а это рано или поздно сказывается, особенно во влажном и холодном климате.

Известно, например, что техника на Севере изнашивается в несколько раз быстрее, чем в средней зоне. Это связано с тем, что при низких температурах и при повышенной влажности атмосферы водород оказывает более разрушительное действие на поверхности трения деталей. При недостаточной гидролитической устойчивости масла, присутствие воды приводит к образованию кислот, щелочей и других веществ, способных существенно ухудшить его свойства. Вода способствует микробиологическому заражению масел, что ведет к их частичному разложению, изменению вязкости и ухудшению смазывающей способности.

Микрокапли воды в смазывающем слое масла отрицательно влияют на процесс трения между сопряженными поверхностями. Разрыв масляной пленки особенно ярко проявляется в теплонапряженных узлах, вода может испаряться, вызывая сухое трение между поверхностями деталей, резко ухудшая противоизносные свойства масел [3].

Снижение вязкости масла способствует повышенному выкрашиванию рабочей части зубьев шестерен, т.к. водомасляная эмульсия с понижением вязкости легче проникает в микротрещины, имеющиеся на поверхностях трения, и разрушает материал зубьев, действуя как гидравлический клин.

Способность воды к проникновению в микротрещины объясняется меньшими величинами ее молекул по сравнению с углеводородами.

Уменьшить интенсивность изнашивания, снизить силы трения в зоне контакта деталей гидрооборудования можно за счет применения более совершенных конструкций фильтроэлементов, строгого выполнения технико-эксплуатационных требований и оптимизацией температуры рабочей жидкости.

Поддерживая температуру в оптимальном диапазоне (+40^оС…+60^оС), можно существенно снизить вероятность возникновения отказов и неисправностей гидрооборудования.

Для реализации указанной цели нами была разработана и запатентована  система регулирования температуры рабочей жидкости гидросистемы [4,5]. Ее можно применять как для подогрева, так и для охлаждения масла в условиях пониженных или повышенных температур.

Система работает следующим образом. При низких температурах окружающего воздуха гидронасос будет нагнетать рабочую жидкость гидросистемы во внутреннюю полость теплообменника из бака через всасывающую гидролинию, гидравлический клапан, золотник и напорную гидролинию. Поступая через подводящий штуцер во внутреннюю полость теплообменника, рабочая жидкость нагревается обтекая змеевик, через который пропускается моторное масло двигателя, имеющее рабочую температуру 80…90°С. Затем, масло из теплообменника, через отводящий штуцер, по сливной гидролинии поступает в бак.

По мере нагрева масла в баке золотник займет исходное положение, направляя поток жидкости моторного масла двигателя в обход змеевика по нагнетательной гидролинии системы смазки ДВС с масляным радиатором, а рабочую жидкость к агрегатам гидросистемы.

При разогреве рабочей жидкости свыше 60°С, золотник втянется в катушку, открывая нагнетательную пневмолинию. Вентилятор начинает нагнетать воздух во внешнюю полость теплообменника 5. Воздух, проходимый во внешней полости, увеличивает интенсивность теплообмена. Затем, через отводящий штуцер воздух выводится в атмосферу.

После охлаждения жидкости до оптимальных значений, золотник  вернется в исходное положение и перекроет подачу воздуха от вентилятора. Управление положением золотника осуществляется при помощи подпружиненной конусной втулки гидравлического клапана, которая замыкает соответствующие электроконтакты реле, о чем своевременно сигнализируют лампочки. Контроль температуры РЖ в баке осуществляется при помощи  установленного в нем термодатчика.

Эффективность работоспособности предложенной системы была подтверждена в результате проведенных стендовых и эксплуатационных исследований.

Улучшение работоспособности гидропривода за счет поддержания рационального температурного режима рабочей жидкости при эксплуатации транспортно-технологических машин представляется достаточно эффективным средством, позволяющим наиболее полно реализовать его потенциальные возможности.