Risici for termisk runaway i halvledere og kontrollerede varmeleveringssystemer

Risici for termisk runaway i halvledere og kontrollerede varmeleveringssystemer
Når der tilføres varme, kan operatører opleve, at en halvlederenhed, der fungerede normalt under omgivende indstillinger, trækker mere og mere strøm og i sidste ende kollapser katastrofalt. Denne udvikling understreger betydningen af ​​nøjagtig temperaturkontrol og afspejler den positive feedback, der er til stede i halvlederbærerens dynamik.
Opvarmning giver den energi, der kræves for at krydse båndgabet, hvilket øger mængden af ​​frie elektroner og huller. Som et resultat falder modstanden og ledningsevnen øges. Jo flere bærere i drevne enheder øger strømafbrydelsen, hvilket hæver temperaturen endnu højere og producerer flere bærere. Doteringsmidler kan diffundere og permanent ødelægge forbindelsesstrukturer, hvis cyklussen accelereres, indtil lokale temperaturer ligner dem, der anvendes i den indledende krystaldannelse. Effekten forstærkes af båndgab indsnævring med temperaturen, hvilket letter bærerproduktion. Phonon-spredning reducerer mobiliteten, men nettostigningen i ledningsevnen fortsætter indtil fejl.
Varme påføres målrettet gennem hele produktionsoperationer, men kun inden for bestemte tidsrammer. Udglødning reparerer skader og aktiverer dopingmidler. Stabile temperaturer er nødvendige for både hastighedskontrol og filmkvalitet i deponerings- og ætseprocesserne. Høje temperaturer bruges i emballering og brænder-i processer til testning eller hærdning med fremskyndet levetid. Temperaturen skal altid forblive ensartet og inden for procesvinduet; afvigelser fra det resulterer i fejl eller katastrofalt tab af enhed.
Den kontrollerede, lokaliserede varme, der kræves for at forblive inden for sikre grænser, leveres af en patronvarmer. En patronvarmer er en hurtig-reagerende varmekilde med høj-effekt-tæthed, der er integreret i proceshardware. En patronvarmer, der er designet til brug ved høje-temperaturer, bevarer udglødningsindstillingspunkter i vakuumproceskamre, samtidig med at kravene til afgasning opfyldes. Mål og underlag opvarmes af en patronvarmer under sputtering for at øge vedhæftningen uden at tilføje urenheder. For at fuldende pålidelighedsskærme uden termisk løbsk, stiger en lille patronvarmer, der brænder-i armaturer, hurtigt og jævnt enhedens temperatur.
Risikoen mindskes af integrations- og udvælgelsesprocedurer. For at overfladetemperaturen forbliver inden for procesvinduet, skal watt-densiteten afstemmes efter det omgivende metals termiske egenskaber. For at kompensere for naturlige varmetab muliggør opvarmningsarrays med flere-zoner separat styring af midter- og kantzonerne. Tilpasningstolerance bør give mulighed for vedligeholdelsesadgang, samtidig med at den er tilstrækkelig stram til effektiv overførsel. Driftstemperaturen og vakuummiljøet skal tages i betragtning ved valg af kappemateriale og isoleringsrenhed. Overshoot undgås via controllere, der modtager feedback fra sensorer tæt på procesoverfladen.
Procesopskrifter og udstyrskonfigurationer er meget forskellige. For hver anvendelse-fra mikro-varmere i teststik til længere samlinger i store procesværktøjer-skal der angives en patronvarmer med den rigtige længde, diameter, effekt og termineringstype. Dette holder temperaturen inden for acceptable grænser og beskytter mod termisk skade på halvledermaterialer.