Введение
Глава 1. Актуальность исследований технологического процесса электростатического соединения кремния со стеклом 13
1.1. Сравнение способов соединения с деталями из кремния 13
1.1.1. Прямое сращивание 14
1.1.2. Эвтектическое соединение 16
1.1.3. Соединение стеклосплавом 17
1.1.4. Электростатическое соединение 17
1.2. Подробное рассмотрение технологии электростатического соединения 19
1.2.1. Обзор применений процесса 19
1.2.2. Основные соединяемые материалы и критерий их выбора 20
1.2.3. Требования к качеству соединяемых поверхностей и давлению в камере 21
1.2.4. Описание процесса электростатического соединения 22
1.2.5. Основные параметры процесса 23
1.2.6. Вывод электрических контактов через область соединения кремния со стеклом 24
1.2.7. Моделирование изменения тока в процессе соединения 26
1.2.8. Борьба с локальным перегревом стыка материалов 28
1.2.9. Анализ прочности получаемого соединения 29
1.2.10. Формирование гребенчатых структур в системе «кремний на стекле» 30
1.2.11. Предотвращение нежелательного соединения 31 Стр.
1.3. Следствия тепловой несогласованности кремния и стекла 31
1.4. Постановка цели и задач исследования 33
Глава 2. Исследование свойств применяемых стёкол 35
2.1. Литературные данные по маркам стекла, совместимым с анодной посадкой 35
2.1.1. Температурная зависимость коэффициентов теплового расширения 35
2.1.2. Упругие свойства 36
2.2. Исследование состава стёкол 37
2.2.1. Программа пересчёта состава стекла 39
2.3. Определение температурных коэффициентов линейного расширения стёкол 46
2.3.1. Общее описание процедуры исследования 46
2.3.2. Расчёт погрешностей 48
2.3.3. Аппроксимация результатов полиномиальными функциями 50
2.3.4. Сравнение с данными производителей 51
2.4. Выводы по главе 2 54
Глава 3. Разработка методики оценки остаточных напряжений в деталях собранных электростатическим соединением 55
3.1. Оценка остаточных напряжений, вызванных неоднородностью теплового расширения 55
3.1.1. Упрощённая оценка остаточных напряжений 55
3.1.2. Двухосное напряжённое состояние в осаждённой плёнке 56
3.1.3. Двухслойный материал под тепловой нагрузкой 56
3.1.4. Модель двух тонких слоёв 57 Стр.
3.1.5. Модель многослойного композиционного материала 59
3.2. Результаты применения моделей 66
3.2.1. Исходные данные (характеристики применяемых материалов) 66
3.2.2. Методика определения температуры соединения из анализа кривых зависимостей температурных коэффициентов линейного расширения 66
3.2.3. Сравнение результатов применения среднего и истинного температурных коэффициентов линейного расширения 70
3.2.4. Оценка вариации напряжений по модели двух тонких слоёв 72
3.2.5. Оценка влияния толщины пластины стекла 74
3.2.6. Оценка напряжений в сборках стекло—кремний—стекло 80
3.3. Моделирование методом конечных элементов 80
3.3.1. Задание температурной зависимости температурного коэффициента линейного расширения в программах конечно-элементного моделирования 81
3.3.2. Результаты моделирования
3.4. Методика оценки остаточных напряжений, вызванных неоднородностью теплового расширения кремния и стекла 83
3.5. Выводы по главе 3 85
Глава 4. Проверка выдвинутых положений и рекомендации разработчикам 87
4.1. Определение остаточных напряжений в стекле 87
4.1.1. Описание метода поляризационно-оптического измерения разности хода лучей 87 Стр.
4.1.2. Результаты и обсуждение 89
4.2. Определение остаточных напряжений в кремнии 89
4.2.1. Описание метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (эффект Раман) 89
4.2.2. Оценка механических напряжений методом спектроскопии комбинационного рассеяния 91
4.2.3. Результаты и обсуждение
4.3. Проведение процесса с ограничением по току 95
4.4. Снижение остаточных напряжений 96
4.5. Шаги минимизации остаточных напряжений 100
4.6. Технологические рекомендации по снижению остаточных напряжений 101
4.7. Выводы по главе 4 101
Общие выводы и заключение 102
Список сокращений 104
Список литературы
