WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

В пятом разделе главы проведён анализ результатов измерения альфаактивности материалов микроэлектроники в производственных условиях по разработанной методике. Приведены результаты измерений альфа активности некоторых материалов: кремниевых пластин производства Wafer Net Inc., США; высокочистого олова различной степени чистоты производства Новосибирского оловянного комбината; высокочистых меди и свинца российского производства; античного свинца производства США и низко альфа активного свинца и его монооксида производства ЗАО «Чистые технологии» (Таблица 5) [8].

В скобках приведены максимальные значения альфа-активности, наблюдаемые в отдельных партиях материалов. Результаты измерений альфа-активности слитков, образцов сложной формы и порошков в пределах ошибок совпадают с результатами измерений, проводимых потребителями готовой продукции.

Анализ результатов измерений показывает, что применение разработанной методики производственного контроля альфа-активности с использованием газового пропорционального счётчика модели 1950, “Alpha Sciences Inc.” (США) не позволяет достичь необходимых пределов детектирования для измерения сверхнизкой альфа-активности современных материалов микроэлектроники. Для обеспечения современных требований к измерению альфа-активности материалов интегральных схем необходимо использование нового прибора с большей площадью и более устойчивым меньшим фоном [1].

Третья глава «Разработка прибора для измерения низкой и ультранизкой поверхностной альфа-активности» состоит из восьми разделов. Первый раздел посвящён постановке задачи создания прибора для измерения низкой и ультранизкой поверхностной альфа-активности материалов микроэлектроники. Рассмотрены Таблица Результаты измерений альфа-активности материалов микроэлектроники Материал Средняя – активность, /(час*см2) Кремниевые пластины 0,0010 – 0,Олово 99,999% 0,0025 – 0,0060 (0,96) Олово 99,9999% 0,0010 – 0,0015 (0,12) Медь марки М0к 0,0025 – 0,0065 (0,27) Свинец 99,99% 5 – Низко альфа-активный свинец 0,001 – 0,050 (на максимуме) Монооксид низко альфа- 0 – 0,020 (на максимуме) активного свинца Античный свинец 0,001 – 0,предпосылки создания прибора для измерения низкой и ультра низкой поверхностной альфа-активности материалов микроэлектроники в виде многопроволочной газовой пропорциональной камеры [1]. Выполнение НИОКР по созданию прибора для измерения низкого уровня альфа активности материалов осуществлялось по государственному контракту № 2153р/3609 от 29.09.2003 г. с российским Фондом содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере.

Во втором разделе главы описано техническое решение конструкции созданного прибора. Описаны результаты патентного поиска, дан анализ недостатков известных устройств. На рисунке 3 показана конструкция предлагаемого детектора.

Устройство работает следующим образом. Образцедержатель 4 устанавливается в нижнее положение (обеспечивающее максимальное удаление образца от датчика излучения 5), после чего через герметизируемое окно 2 корпуса на рабочую (опорную) поверхность образцедержателя устанавливается испытуемый образец 3.

Далее герметизируется окно 2, внутренний объём корпуса 1 заРисунок 3 - Конструкция детектора альполняется рабочим газом и произфа-излучения водится измерение фона прибора.

При этом альфа-активность стенок камеры и загрязнений внутренних поверхностей корпуса не регистрируется. После измерения фона образцедержатель 4 перемещается в верхнее положение (образец 3 на минимальном расстоянии от датчика излучения 5 – пунктир на рисунке 3; обычно расстояние между образцом и датчиком излучения составляет 2-5 мм.) и производится измерение суммарной интенсивности излучения фона и образца.

Предлагаемое устройство позволяет не только повысить чувствительность и эффективность прибора, но и уменьшить время измерений за счёт исключения процесса загрузки образца с воздуха после измерения фона. Также предложенная конструкция прибора позволяет вести длинный попеременный счёт фона и образца с фоном без вскрытия камеры образца на воздух при измерении ультра низкой альфаактивности. Устранение влияния альфа-активности образцедержателя на показания прибора дополнительно повышает точность измерений. На созданную конструкцию детектора альфа-частиц получен патент РФ [11]. На основе описанного выше изобретения [11] в 2003-2005 гг. в ЗАО «Чистые технологии» был разработан и спроектирован опытный образец газового пропорционального счётчика для измерения уровня альфа-излучения материалов и изделий с чувствительностью 0,0005 альфараспадов с см2 в час.

Третий раздел главы посвящён подбору конструкционных материалов для изготовления прибора. В ходе предварительных исследований определены конструкционные материалы, марки клеёв, герметиков, подобраны вспомогательные материалы, применение которых не вызывает повышения собственного фона прибора [12]. Кроме того исследована альфа-активность упаковочных материалов для хранения контрольных образцов. Результаты измерений альфа-активности на приборы модели 1950 производства “Alpha Sciences Inc.”, США приведены в таблице 6.

Указанная в таблице 6 нулевая альфа-активность некоторых образцов соответствует случаю, когда измеренная альфа-активность была ниже предела обнаружения прибора.

Таблица Результаты измерений альфа-активности материалов Материал – активность, /(час*см2) АБС-пластик 3,8 – 5,Оргстекло 0 – 0,Сталь Ст.3 0,002 – 0,Сталь нержавеющая Х18Н10Т 0,001 – 0,Медь марки М0к (пластины) 0,0025 – 0,Медная проволока 0,001 – 0,Вольфрамовая проволока 0 – 0,Герметик силиконовый 0 – 0,Фторопласт 0 – 0,Полиэтилен (гранулы) 0,010 – 0,Полипропилен (гранулы) 0,023 – 0,Полипропилен (лист) 0,010 – 0,Полиэтилен (рукав) 0 – 0,В четвёртом разделе главы приведён расчет основных параметров многопроволочной газовой пропорциональной камеры. Вопросы, связанные с допустимыми смещениями и натяжением проволок в пропорциональной камере, были решены в [Л4]. По приведенным в [Л4] формулам рассчитаны допустимые натяжения проволок и допуски на смещение проволок при заданных расстоянии между анодом и катодом, расстоянии между проволоками одной сетки, длине и толщине проволок, а также прилагаемом напряжении. Длина проволок макета – 55 см., опытного образца – 76,6 см.

Рабочее натяжение выбрано на 20% выше расчетного. Сетки макета и опытного образца намотаны из проволоки электролитической меди диаметром 30 и мкм, золоченого вольфрама диаметром 20 мкм. Натяжение проволок сеток обеспечивает их стабильную работу при рабочем напряжении от 0,5 до 2,5 кВ.

В пятом разделе главы описаны макетные испытания прибора с целью проверки основных теоретических положений, результатов расчётов и отработки конструкторских решений. Конструкция обеспечивает специальные меры по снижению фона прибора [12]:

1) Конструкция сеток обеспечивает нечувствительность детектора к активности корпуса прибора, 2) Предусмотрено наличие двух идентичных детекторов, расположенных друг над другом, и включенных в схему антисовпадений в режиме постоянного мониторинга фона, 3) Корпус прибора выполняет функции электромагнитного экранирования детекторов и блока электроники от производственных помех, 4) Газовая система выполнена с газовым фильтром и обеспечивает беспрерывную работу прибора в течение не менее 400 часов, 5) Блок детекторов располагается внутри герметичной камеры с открывающейся и закрывающейся герметизируемой дверью, 6) Камера герметично стыкуется с легкозаменяемым перчаточным боксом для загрузки-выгрузки образцов.

Разработанная конструкция камеры образца позволяет избежать систематических ошибок из-за активности дна камеры образца и лотка. Результат достигается:

путём увеличения расстояния между детектором и дном камеры, которое обеспечивает нечувствительность прибора к активности этой детали корпуса; полным перекрыванием лотка образцом; перемещением лотка в нечувствительную для детектора зону при измерении фона прибора без промежуточного открывания камеры.

В ходе макетных исследований было принято решение ограничить максимальную площадь образца 1500 см2, что обеспечит максимальный вес образца свинца 8 кг. При этом решено установить лоток для образца в камере неподвижно, а перемещать относительно него более лёгкий блок детекторов. В конструкцию внесены изменения, в соответствии с которыми изготовлен опытный образец прибора. В шестом разделе дано описание конструкции опытного образца созданного прибора. Сборочный чертёж прибора дан в Приложении 6 к диссертационной работе. Прибор состоит из следующих частей: 1) рабочая камера, 2) система напуска рабочего газа, 3) блок детекторов, 4) система перемещения детекторов, 5) блок питания, 6) блок обработки сигнала, 7) столик для лотка, 8) лотки для образцов, 9) загрузочный шлюз, 10) блок сбора-хранения информации, 11) программное обеспечение [13].

Седьмой раздел главы посвящён анализу результатов тестирования опытного образца созданного прибора и исследованиям оптимальных режимов его работы.

Для выбора оптимального рабочего напряжения была снята счётная характеристика для каждого детектора с использованием стандартного источника альфаизлучения Pu 239 (5,15 МэВ; 1,имп/сек). Счётная характеристика снималась при расстоянии детектор – образец 5 мм. При удалении детектора от образца Рисунок 4 - Счётная характеристика первого на 100 мм уровень счёта станодетектора вился фоновым.

Счётная характеристика перво го детектора приведена на риРисунок 5 - Фон прибора без изоляции сунке 4. Длина плато составила электродов 200 В (от 750 В до 950 В), на клон плато - 0, 04 % на 1 В, рабочее напряжение высоковольтного питания 850 В. Были проведены измерения фона при полностью активной поверхности детектора - без электромагнитной изоляции проводников анода на 100 мм с каждой стороны. Так как использовались альфа-активные материалы корпуса и деталей детектора, измеренный фон отличался от рабочего в 5001000 раз (рисунки 5, 6).

Согласно методу, изложенному во второй главе работы, была изучена спектральная чувстви тельность созданного прибора к альфа-частицам с энергией от 1 до 10 МэВ. Выявлена нечувствительность прибора к альфа- частицам с энергией ниже МэВ. Также была проведена настройка схемы антисовпадений. Совпадение двух сигналов с детекторов наблюдались примерно с частотой фона космического излучения, то есть были на уровне 0,001 событий/(час·см2).

Вид рабочей камеры прибора с установленным блоком детекторов показан на рисунке 7. Изучение оптимальных режимов работы прибора позволило установить следующее [12]:

Рисунок 6 - Рабочий фон прибора 1) конструкция прибора обеспечивает низкий собственный фон прибора на уровне не более 0,6 отсчётов/час при применении схемы антисовпадений, 2) конструкция прибора позволяет вести попеременный счёт фона и активности образца без вскрытия камеры прибора, 3) конструкция прибора обеспечивает низкий собственный фон прибора на уровне не более 0,6 отсчётов/час при применении схемы антисовпадений, 4) конструкция прибора позволяет вести попеременный счёт фона и активности образца без вскрытия камеры прибора, 5) при рабочем напряжении на детекторах 850 В возможно уверенно установить нижний энергетический порог детектирования альфа-частиц прибором на уровне 1 МэВ.

Нижний предел детектирования прибора при 24 часах измерения и рабочем фоне 0,6 отсчётов в час составляет 0,0004 альфа-распадов с см2. Такой уровень рабочего фона прибора позволяет достоверно измерять активность образца 0,/(час·см2) площадью 1500 см2 за 5 часов.

Таким образом, в результате исследования впервые был создан измеритель уровня альфа-излучения материалов и изделий с чувствительностью 0,0005 альфараспадов с см2 в час и рабочей площадью 1500 см2. Эффективность применения прибора определяется его высокой чувствительностью, большой площадью и низким собственным фоном.

Прибор может применяться для измерения ультранизкой альфа-активности материалов микроэлектроники, геологических и экологических образцов.

В восьмом разделе главы описана разработка калибровочного источника для низкофонового счетчика альфа-частиц большой площади. Основным критерием при выборе материала источника является соответствие его альфа-активности требуемому уровню и стабильность этой активности вне зависимости от партии выпуска материала. Проведённые исследования показали следующее [12]:

1. Калибровочный источник, представляющий собой плоскопараллельные слитки свинца ER4 с активностью 0,2±0,/(час·см2) показывают высокую стабильность измеряемого альфаизлучения (отклонения альфа-активности не превышали 5% за 4,5 года).

2. Очистка калибровочного источника ERпутем травления его поверхности позволяет восстановить исходную альфаРисунок 7 - Рабочая камера опытного образца активность после загрязнеприбора с установленным блоком детекторов ния или окисления на воздухе.

3. Калибровочный источник, представляющий собой пластины из меди марки М0к с вакуумным напылением активного вещества толщиной 40 мкм с активностью 0,001±0,0005 /(час·см2) в долговременных измерениях показывают высокую стабильность измеряемого альфа-излучения, но при хранении напылённый слой легко окисляется, что приводит к невосстановимому повышению альфа-активности.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Выявлена неконтролируемая систематическая погрешность существующих серийных газовых пропорциональных счётчиков альфа-частиц большой площади.

2. Разработан метод измерения спектральной чувствительности счётчиков альфа-излучения.

3. Разработана и внедрена методика производственного контроля низкой и сверх низкой альфа-активности материалов микроэлектроники.

4. Создан опытный образец газового пропорционального счётчика для измерения уровня альфа-излучения материалов и изделий с фоном 0,6 отсчётов в час при рабочей площади детектора 1500 см2 с калибровочным источником активностью 0,2±0,006 /(час·см2).

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Л1. May T.C. Alpha-Particle-Inducted Soft Errors in Dynamic Memories/ May T.C., Woods M.H. // IEEE Trans. on Electron Devices. – 1979. - v.26. – P.2-9.

Л2. Cataldo A. SRAM soft errors cause hard network problems // EE Times. - Aug. 20, 2001. - http:// www.eetimes.com/showArticle.jhtml;jsessionid=L5GZLF4FF%20B JV%203QE1GHPCKH4ATMY32JVNarticleID=18306211. – Title from screen.

Л3. Дементьев В.А. Измерение малых активностей радиоактивных препаратов. - М.: Атомиздат. - 1967. - 140 с.

Л4. Алексеев Г.Д. [и др.] О точности пространственного расположения и натяжении проволочных электродов в пропорциональных камерах // ПТЭ. – 1978. - № 4. - C. 47-50.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»