автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Конструкция, технология и теплофизические свойства кристаллов датчиков газов в микроэлектронном исполнении

На правах рукописи

ВИКИН Олег Геннадьевич

КОНСТРУКЦИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННОМ ИСПОЛНЕНИИ

Специальность: 05.27.01 —Твердотельная электроника,

радиоэлектронные компоненты, микро и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж- 2004

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Рембеза Станислав Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Петров Борис Константинович;

доктор технических наук Арсентьев Иван Никитович

Ведущая организация

ОАО Воронежский завод полупроводниковых приборов (г. Воронеж)

Защита состоится 29 июня 2004 г. в 1400 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.06 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026 г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан «28» мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Автоматизация промышленности, в особенности сложных и опасных технологических процессов, остро нуждается в средствах, позволяющих получить информацию о составе газовых сред. Подобные устройства должны обеспечивать выборочную реакцию на определенные компоненты среды, обладать высокой надежностью и воспроизводимостью результатов. Современное развитие научной мысли предоставляет множество способов и методик для реализации данной проблемы, поэтому, как правило, решающим и определяющим критерием выбора является объем затрат на создание и эксплуатацию необходимого оборудования. В случаях, когда требуется сверхточное измерение и контроль, например в опасных производствах или в условиях специализированных лабораторий, вопрос о стоимости и габаритах средств измерения не так актуален. Однако находится множество случаев, когда требуются миниатюрные, дешевые, простые в использовании и обслуживании системы, пригодные для использования в любых условиях, от систем кондиционирования воздуха внутри жилых помещений до систем безопасности на складах и хранилищах. Сенсорные элементы таких систем должны обладать максимально высокой чувствительностью, избирательностью, стабильностью свойств и технологичностью в производстве. В случае охранной и предупредительной сигнализации приборы также должны обладать миниатюрностью для скрытности и низким энергопотреблением для увеличения срока автономности. Наличие таких приборов, например датчиков утечки бытового газа, в каждом доме повышает безопасность и качество жизни.

Среди всего многообразия газовых сенсоров наиболее полно предъявленным требованиям удовлетворяют так называемые полупроводниковые сенсоры на основе широкозонных полупроводников, таких как 2п0, Уг05, 1П2О3, СоО, Х^О, из которых SnO2 (диоксид олова) исторически наиболее популярен. Все перечисленные материалы обладают электронным типом проводимости при нормальных атмосферных условиях в рабочем диапазоне температур 300 — 500°С.

Основы современной теории газовой чувствительности были заложены в работах А. Ф. Иоффе еще в 30-х годах 20-го века. Однако один из первых промышленно изготовленных газовых сенсоров был сконструирован и изготовлен японским ученым Taguchy в 60-х годах прошлого века. Конструкция этого типа сенсоров практически не изменилась с того времени, он представляет собой керамическую трубку, внутри которой проходит спираль нагревателя из платиновой

платиновой проволокой, образующей контакты к нанесенному на поверхность чувствительному слою. Главными недостатками данной конструкции в противовес простоте изготовления являются высокое энергопотребление, а также нетехнологичность в производстве.

Несмотря на то, что подобные изделия до сих пор изготавливаются и находят применение, наиболее перспективными являются сенсоры, изготовленные по микроэлектронной технологии. При этом за счет применения стандартных, хорошо отработанных, высокотехнологичных процессов может достигаться массовость, стабильность и

воспроизводимость параметров газовых датчиков (ГД), низкая себестоимость изделий. Производственный цикл состоит из последовательных процессов подготовки подложки, формирования нагревателя и контактов к чувствительному слою, формирования чувствительного слоя, стабилизационного отжига полученной структуры, монтажа в корпус и присоединения внешних выводов.

В качестве материала подложки обычно используются тонкие пластины из керамики, оксида алюминия, кремния и т.п. Главным требованием к такому материалу является низкая стоимость, технологичность, химическая инертность. Нагреватель чаще всего изготавливают путем нанесения тем или иным методом платины, поскольку она обладает достаточно высоким температурным коэффициентом сопротивления и химически инертна. Материалом для контактов к чувствительному слою может являться платина или золото.

Изготовление элементов конструкции из золота или платины сопряжено с определенными трудностями. Как правило, такие контакты многослойные, поэтому трудоемки в производстве, а также дорогостоящи из-за больших безвозвратных потерь драгоценных металлов.

Использование тонких пленок из альтернативных материалов для нагревателей и токосъемных контактов №, Ag, Л1 и др.) ограничено из-за высоких рабочих температур ГД 300 - 500°С или несоответствия требованиям к электрофизических параметрам. Работа датчика при высоких температурах и зависимость его параметров от равномерности распределения температуры определяют проблемы теплофизических характеристик кристалла датчика.

В этой связи вопросы оптимизации конструкции ГД, обеспечение стабильности электрических и механических свойств элементов, входящих в конструкцию ГД, к началу исследований в доступной литературе были освещены недостаточно полно, что создавало определенные трудности использования их в конкретной разработке.

Данная работа выполнялась по госбюджетной теме кафедры полупроводниковой -электроники ВГТУ: ГБ - 2001 - 34 (изучение

технологических и физических процессов в полупроводниковых структурах и приборах), а также в соответствии с программой гранта МО РФ ТО 2 - 02. - 3484 и НТП 207. 02. 017 и 208. 06. 01. 003.

Цель работы. Разработка конструкции и технологии изготовления интегральных датчиков газов в микроэлектронном исполнении. Для достижения поставленной цели в диссертации следовало решить следующие задачи:

1 .Разработать варианты конструкций кристалла датчика.

2.Разработать технологические маршруты изготовления кристаллов датчиков газа.

3.Исследовать возможности использования тонких пленок №Сг в качестве нагревательных элементов и токосъемных контактов.

4.Разработать тепловую модель ГД, провести расчет и экспериментальные исследования влияния взаимного расположения элементов конструкции на распределение температуры по поверхности газочувствительного слоя ГД.

5.Исследовать влияние методов монтажа кристаллов ГД в корпус на его теплофизические параметры.

6.Разработать структурную схему, алгоритм программы измерений, электрическую схему полуавтоматического порогового устройства для регистрации паров органических растворителей в воздухе.

7.Изготовить макетный образец датчика. Научная новизна.

1. Разработана оригинальная топология кристалла ГД, обеспечивающая при экономичном режиме энергопотребления перепад температуры по поверхности газочувствительной области не более

2. Впервые исследована и экспериментально обоснована возможность использования сплава нихром (№Сг) в качестве материала для токосъемных контактов и нагревательных элементов вместо традиционно используемой в производстве ГД дорогостоящей платины.

3. Разработана и экспериментально подтверждена тепловая модель ГД, учитывающая тепловые свойства входящих в его конструкцию материалов. Получено хорошее (не хуже 10 %) совпадение расчетных и полученных экспериментальным путем данных по распределению температуры по поверхности кристалла ГД.

4. Впервые путем регистрации интенсивности ИК излучения с поверхности кристалла ГД исследован характер распределения температуры по поверхности кристаллов разработанных ГД. Экспериментально подтверждена эффективность методов монтажа в корпус разработанных кристаллов ГД.

Практическая значимость 1 Технология и маршрут изготовления кристалла ГД, полностью совместим с маршрутом серийного производства планарных транзисторов.

2.Разработанная конструкция ГД со специальным расположением нагревателей и метод монтажа в корпус обеспечивают разброс температуры по поверхности кристалла ГД не более 5°С.

3.Предложены способы монтажа кристалла ГД в корпус, позволяющие снизить энергопотребление и обеспечить устойчивость конструкции к механическим нагрузкам.

4.Разработана электрическая схема, конструкция малогабаритного устройство со встроенным источником питания для автоматического измерения порогового значения концентрации различных газов. Изготовлен и испытан опытный образец.

Положения выносимые на защиту.

1.Топология и маршрут изготовления кристалла ГД, полностью адаптированного к технологии серийного производства полупроводниковых приборов на кремнии.

2.Конструкция чувствительного элемента на основе 8п02 с использованием сплава из №Сг для создания нагревателя и токосъемных контактов ГД.

3.Тепловая модель разработанных конструкций датчиков газов и результаты расчетов тепловых потерь.

4.Экспериментальные данные по распределению тепла по поверхности кристалла датчика в зависимости от конструкции и способа монтажа в корпус.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научно - технических семинарах: Всероссийская научно — техническая конференция "Охрана и безопасность"(Воронеж, 2001); Международная школ - семинар "Нелинейные процессы в дизайне материалов"; 1 Всероссийская конференция "Физико - химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН 2002" (Воронеж, 2002); IV Научно - техническая конференция "Электроника и информатика 2002" (МИЭТ г. Москва, 2002); научно — практическая конференция Союза металловедческих обществ России "Новые функциональные материалы и экология " (Москва, 2002); XV научно —техническая конференция с участием зарубежных специалистов (Москва 2003); Второй Международный симпозиум "Безопасность и экология водородного транспорта" 1Б88БИТ -2003 (Сэров, 2003).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 работ.

Личный вклад автора. В совместных работах автору принадлежит проведение и обработка результатов экспериментальных исследований,

разработка, конструкции газового сенсора, выполнение теоретических расчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа изложена на 138 страницах текста, включая 4 таблицы, 71 иллюстрацию и список использованной литературы из 95 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и основные задачи исследований, перечислены основные положения выносимые на защиту, показана научная новизна полученных результатов и их практическая значимость, приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях, структуре и объеме диссертации.

Первая глава состоит из двух основных частей. В первой части проведен краткий литературный обзор в котором рассмотрены существующие физико — химические представления о свойствах широкозонных оксидных полупроводников, используемых в качестве газочувствительных элементов в конструкциях ГД и способы их создания.

Во второй части, на основе литературных данных, проведен анализ современного состояния по вопросам конструирования и технологии производства, оптимизации теплофизических характеристик, влияния высокотемпературных режимов на электрические и механические свойства конструкции ГД.

По результатам анализа научно — технической и патентной литературы поставлена задача для исследований и разработок.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию конструкции и технологических процессов изготовления ГД.

Газочувствительный слой на основе SnO2 проявляет максимальную чувствительность к газам в интервале температур от 200 до 400°С, поэтому в конструкции ГД входят тонкопленочный нагреватель и термометр, а также контактные площадки для слоя SnO2. В качестве подложки был выбран кристалл кремния, покрытый изолирующим слоем SiO2. Контакты к газочувствителтному слою, нагреватель и контактные площадки согласно литературным данным обычно изготавливают из платины.

В работе исследовано три конструкции ГД. Первая исследуемая конструкция реализована на кристалле размером 2x3 мм с платиновой металлизацией. Разработано две новые конструкции ГД на кристалле размером 1x1 мм2 с изолирующим слоем SiO2, на поверхности которого методом магнетронного напыления последовательно сформированы в

зависимости от конструкции один или два нагревательных меандра (см. рис.3), токосъемные контакты и газочувствительный слой SnC2,

Конструкции разработанных ГД отличаются топологией, и тем, что в качестве материала для токосъемных контактов и нагревательного элемента вместо платины используется сплав МСг (50/50%).

Пленка SnO2 сформирована методом реактивного магнетронного напыления на установке «Оратория-5».После напыления осуществлялся стабилизационный отжиг при Т=500°С на воздухе в течение 300 минут. При этом аморфная пленка SnO2 кристаллизовалась, доокислялась, что контролировалось путем измерения сопротивления.

Рис. 1. Изменение величины сопротивления нихромового ■ меандра. при отжиге Т=510 °С: !♦ - незащищенного на воздухе; 2> - покрытого БЮг на воздухе; ЗО - покрытого БпСК на воздухе; 4* - покрытого БпОг в атмосфере азота. 5 А - без защитного покрытия в атмосфере азота

При проведении стабилизационного отжига на пластинах с готовыми структурами ГД исследовано влияние режимов отжига на электрофизические параметры тонких слоев МСг и И. Установлено, что значение сопротивления И изменяется незначительно, в то время как сопротивление меандра из МСг имеет тенденцию к возрастанию. При наличии защитного слоя SiO2 или SnO2 на поверхности МСг после отжига в режиме: Т=500°С, 1=60-120 мин. на воздухе значение сопротивления стабилизируется и остается неизменным.(рис. 1)

Технология изготовления кристаллов таких сенсоров представляет собой последовательность операций, используемых в производстве микроэлектронных приборов, с включением дополнительных операций по формированию газочувствительного слоя на основе 8п02 и применение метода взрывной фотолитографии для нанесения слоя 8пС2.

С целью повышения величины теплового сопротивления кристалл -корпус кристаллы перед приваркой выводов монтировались в корпус с применением сублимационного или вспениваемого компаунда. Применение сублимационного клея позволяло на первом этапе закрепить кристалл для осуществления приварки выводов, затем проводилось испарение клея, и кристалл повисал на выводах с воздушным зазором от корпуса.

Применение вспениваемого компаунда позволяет обеспечить большую механическую прочность соединения кристалл - корпус и достаточно высокое тепловое сопротивление кристалл - корпус.

В качестве внутренних выводов от нагревателя и токосъемных контактов использовалась алюминиевая проволока АК-1 диаметром 30-80 мкм. Приварка выводов к контактам из И и №Сг осуществлялась на установке УЛ-71М. Сварные соединения должны сохранять механическую прочность при воздействии высокой (до 500 °С) температуры из-за специфических режимов работы ГД.

Технология изготовления газовых датчиков полностью адаптирована под стандартные технологические процессы производства полупроводниковых приборов и ИС. В диссертации приведен технологический маршрут изготовления датчиков.

В третьей главе проведено исследование распределения тепловых полей по кристаллу ГД.

При проведении анализа тепловых потоков, возникающих при работе ГС, необходимо учитывать большое количество различных факторов, которые можно разделить на зависящие от взаимного расположения тепловыделяющих и теплоотводящих элементов конструкции, так и от теплофизических свойств материалов, входящих в конструкцию ГС. Кроме того, важную роль в распределении тепла по кристаллу играет режим нагрева, который в зависимости от требований, предъявляемых к аппаратуре, может быть непрерывным или импульсным.

В качестве модели для анализа тепловых потоков использован ГД с воздушным зазором между кристаллом и корпусом. Рассматривается стационарный случай. В статическом режиме отвод тепла от кристалла кремния, свободно висящего на проволочных выводах, осуществляется за счет излучения, конвекции, теплопроводности выводов и других элементов конструкции. На рис.2 представлен график зависимости мощности рассеяния

в диапазоне температур 300 - 900°К за счет излучения, конвекции и теплопроводности.

Р, Вт -г

5

0,3

0,2 -

0,1 -

0 *

300 400 500 600 700 800 900 Т, К

Рис 2.3ависимость рассеиваемой мощности от:

1) излучения е =1 (модель "абсолютно черного тела")

2) излучения £ = 0,47(реальная поверхность)

3)конвекции

4) теплоотвода через А1 выводы диаметром 35 мкм, длиной 3,5 мм

5) теплоотвода через А1 выводы диаметром 80 мкм, длиной 3,5 мм

С учетом того, что отвод тепла от кристалла, изолированного от теплоотвода воздушной прослойкой или слоем материала с низким коэффициентом теплопроводности, осуществляется за счет излучения и конвекции с поверхности кристалла, а также за счет теплопроводности проволочных выводов, был оценен вклад каждой составляющей в отвод тепла от кристалла ГС. Потери тепла за счет радиационного рассеяния и конвекции в общей сумме потерь тепла составляют 15 - 20 %, при этом основной отвод тепла от кристалла газового датчика (~80%) осуществляется через прямоугольные выводы.

Для анализа распределения температуры по кристаллу была использована тепловая модель отвода тепла от поверхности прямоугольного кристалла.

Задача решалась в предположении, что нагреватель -тепловыделяющий прямоугольник на поверхности кристалла. Плотность мощности - величина постоянная.

Отвод тепла осуществляется через прямоугольные выводы.

Использовано решение трехмерного стационарного уравнения теплопроводности. Решение проводилось численным методом на

семиточечном шаблоне с применением вычислительной техники. Разработанная программа позволяет получать результат в графической форме в виде тепловых полей по известному расположению нагревателей и стоков тепла, с возможностью получать информацию о величине температуры в каждой точке, что позволяет разрабатывать и оптимизировать конструкцию кристаллов ГС. Неравномерность распределения тепла по поверхности кристалла при температуре ~ 300°С не превышает 1-2 %, что и подтверждается экспериментальными исследованиями.

В экспериментальных исследованиях теплофизических характеристик ГД для получения объективных данных использовались кристаллы двух принципиально различных топологий: в первом случае нагреватель проходил посередине кристалла между двумя чувствительными областями, охватывая их с трех сторон, размер кристалла 1x1 мм2 (тип 1). Во втором случае имелось два нагревателя, расположенных по обеим сторонам чувствительной области, размер кристалла 1x1 мм2 (тип 2). При проведении экспериментов использовались кристаллы датчиков двух типов — стандартной толщины 400 мкм и утонченные путем механической шлифовки до 120 мкм.

Для измерения температуры поверхности кристалла датчика бесконтактным способом были использованы приборы для определения температуры микроскопических объектов по их инфракрасному излучению — ИК микропирометр 14 КИ1 - 001 и ИК тепловизор ТегшаСАМ- 60. Данный метод хорош тем, что не вносит возмущений в образующуюся картину распределения тепла, является неразрушающим и позволяет с высокой точностью определить температуру практически любой точки поверхности кристалла, так как в процессе измерения определяется излучательная способность в каждой точке образца. Для ИК микропирометра 14 КИ1 — 001 геометрические размеры объекта, с которого регистрируется ИК сигнал, — 50x50 мкм2.Точность измерения температуры по "абсолютно черному телу" ± 10С. Диапазон температур Т = 50 - 250 °С.

Проблема теплоизоляции кристалла датчиков от корпуса была решена несколькими способами. Первый способ заключался в том, что монтаж кристалла в корпус осуществлялся таким образом, что после приварки выводов кристалл оставался в подвешенном состоянии на проволочных выводах, диаметр которых составлял 35 мкм, окруженный воздухом, и не имел контакта с корпусом. В другом случае для повышения механической прочности монтажа кристалл непосредственно крепился к корпусу при помощи компаунда, который после термообработки приобретал твердость и малую теплопроводность. Для определения уровня механической стойкости полученные датчики подвергались воздействию механического удара при свободном падении с разных высот на твердое покрытие.

Результаты измерения температуры чувствительной области кристаллов газового датчика различной топологии от величины подводимой греющей мощности представлены на рис. 3.

Рис.3. Зависимость температуры чувствительной области газового датчика двух типов от величины подводимой греющей мощности: а) тип. б) тип 2. Варианты монтажа: 1 — свободно висящий кристалл на проволочных выводах 0 35 мкм; 2 - прикрепленный с помощью компаунда с проволочными выводами 0 35 мкм; 3 - прикрепленный с помощью компаунда с проволочными выводами 0 80 мкм.

Как видно из представленных рисунков, основное влияние на величину мощности, требуемую для нагрева кристаллов до определенной температуры, вне зависимости от топологии оказала толщина проволочных выводов, по которым осуществлялась теплопередача от кристалла к корпусу. Более толстые выводы значительно лучше отводили тепло, что привело к гораздо большим энергозатратам во всех случаях.

Применение теплопроводящего компаунда приводит к незначительному , ~15 % увеличению потребляемой мощности по сравнению с кристаллами, свободно висящими в воздухе, и снижается с увеличением температуры кристалла.

Одним из возможных путей снижения энергопотребления датчика является уменьшение объема кристалла, что достаточно легко достигается шлифовкой и полировкой. Уменьшение объема кристалла также уменьшит время его разогрева, что позволит увеличить быстродействие сенсорной системы.

Результаты измерения при помощи микропирометра разности температур между самой горячей области кристалла (вблизи нагревателя) и самой холодной точкой газочувствительной площадки для датчиков двух различных топологий (тип 1 и тип 2) показали, что с повышением греющей мощности, а следовательно, с увеличением температуры нагревателя тенденция изменения разности температур зависит от объема кристалла, его топологии и способа монтажа в корпус. На основании проведенных исследований определены комбинации этих параметров для оптимизации тепловых характеристик ГД.

Для задания временных интервалов функционирования измерительной схемы были исследованы зависимости температуры кристалла датчика от времени при воздействии импульса греющей мощности (рис.4) при помощи ИК-тепловизора TermaCAM C60. Для определения постоянных времени нагрева и остывания кристалла экспериментальные данные (точки) были аппроксимированы формулами, представляющими собой суперпозицию двух процессов с экспоненциальным законом изменения. Как показали расчеты, одна экспонента неадекватно описывает ход процесса.

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Время, сек

Рис.4. Нарастание и спад при включении - выключении греющей мощности

250

0

Четвертая глава Четвертая глава посвящена исследованию газового отклика пленок SnО2 и разработке конструкции порогового индикатора концентрации органических растворителей в окружающей атмосфере.

Исследовалась температурная зависимость сопротивления пленок на воздухе при концентрации ~ 3000 ррш. По полученным результатам строится зависимость изменения = ДОЛЗ-100% от температуры и экспериментально оценивается рабочая температура газочувствительного слоя для этанола (1) -330°С, для ацетона (2) - 360 °С, для изопропилового спирта ( 3) - 400 °С. (см. рис.4)

На рис.5 представлены характеристики зависимости газовой чувствительности пленок от концентрации этанола, ацетона, пропанола в диапазоне концентраций от 100 до 20000 ррm, измеренные при максимальных рабочих температурах газочувствительного слоя.

200 500 1000 3000 10000

С,ррт

Рис.5 .Зависимость газовой чувствительности пленок SnO2 от концентрации разных газов: 1-этанол; 2-ацетон; 3-изопропиловый спирт

Разработана блок - схема основного алгоритма измерителя, блок -схема анализатора газов, а так же электрическая схема измерителя концентрации. На основании исследований теплофизических параметров датчиков газов разработана временная диаграмма работы микроконтроллера.

Измеритель спроектирован на базе микроконтроллера SAB-C504, представляющего собой однократно программируемую 8-разрядную микроЭВМ с 8-канальным 10-разрядным АЦП. Управляющая программа заложена в ПЗУ микро - ЭВМ.

Изготовлен макетный образец и проверен на работоспособность с образцами датчиков, выполненных по микроэлектронной технологии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации получены следующие научно-технические результаты: 1.С учетом высокотемпературной специфики работы газового сенсора осуществлен выбор конструкционных материалов и проведен расчет топологии двух типов конструкций: с платиновой и нихромовой металлизацией, обеспечивающих равномерность температуры по всей площади кристалла датчика. 2.0боснована возможность применения в качестве высокотемпературного нагревателя и термометра более дешевых по сравнения с платиной пленок нихрома с процентным содержанием 50/50%. Исследовано влияние режимов термостабилизационного отжига при 510 °С пленок МСг на их электрофизические свойства. Показана возможность замены платиновой металлизации на нихромовую с защитным покрытием от воздействия газовой атмосферы из пиролитической пленки 8Ю2.

3.Предложена схема технологического процесса изготовления ГС с платиновой и нихромовой металлизацией, экспериментально исследованы и отработаны методы взрывной фотолитографии, разработаны методы монтажа и сборки датчиков, создающие наиболее благоприятные тепловые режимы для оптимального функционирования всех элементов конструкции датчика вплоть до температур ~ 500°С. Изготовлены макетные образцы датчиков, на которых исследованы их теплофизические характеристики.

4.Разработана тепловая модель газового датчика и проведен анализ возможных механизмов рассеяния мощности. Показано, что потери тепла за счет радиационного рассеяния и конвекции в общей сумме потерь тепла составляют 15 - 20 %, при этом основной отвод тепла от кристалла газового датчика (-80%) осуществляется через проволочные выводы. Для тепловой модели кристалла газового датчика решена задача распределения температуры по поверхности кристалла. Показано, что неравномерность распределения тепла по поверхности кристалла при температуре ~ 300°С не превышает 1 - 2% , что подтверждается результатами расчета и экспериментальными исследованиями.

5.Разработана методика прямого анализа тепловых процессов на поверхности кристалла с помощью микропирометров 14 КИ1 - 001 и ИК тепловизора ТегшаСАМ- 60. Исследовано распределение температуры по поверхности кристаллов датчиков трех различных конструкций в зависимости от конструкции нагревателей и способов монтажа кристалла.

6. Исследована динамика нагрева и охлаждения датчика до температур ~ 250°С. Установлен экспоненциальный характер кривых нарастания и спада температуры и предложен механизм их объяснения. Динамические тепловые характеристики использованы для задания временных интервалов функционирования измерительной схемы.

7.Установлена зависимость изменения сопротивления пленок 8п02 от температуры отжига и исследованы статические и динамические характеристики изменения газовой чувствительности пленок 8п02 Разработана конструкция, электрическая схема управления процессом десорбционного отжига и последующего измерения сопротивления газочувствительного слоя, алгоритм программы нагрева и измерения для управления микроконтроллером, изготовлен образец полуавтоматического порогового устройства для индикации трех уровней концентрации паров этанола в выдыхаемом воздухе, проверена его работоспособность. В качестве чувствительного элемента применяется ГД, который изготовлен на основании результатов исследований и технических работ в ходе выполнения данной диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Буслов В.А., Викин О. Г., Татаринцев Ю. А.. Тепловые характеристики кристалла датчика предупредительной сигнализации // Охрана и безопасность 2001: Сб. материалов Всерос. Науч. - практ. конф. Воронеж, 2001 г. С. 17.

2. Викин О. Г., Буслов В. А. Направленный массоперенос алюминия в контактах к нихромовой металлизации для датчиков газов на основе 8п02 // Шаг в будущее: Сб. тр. регион, конф. Воронеж, 2002. С. 50

3. Викин О.Г., Буслов В. А., Рембеза С. И.. Направленный массоперенос алюминия в контактах к нихромовой металлизации для датчиков газов на основе 8пО2 // Тез. Док. Междунар. школы — семинара Нелинейные процессы в дизайне материалов: Воронеж, 2002. С. 56.

4.. Применение нихрома для формирования металлизации датчиков газов на основе 8п02 / В. А. Буслов, Г.А. Викин, О. Г. Викин, Д. Б. Просвирин // Физико — химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах ФАГРАН - 2002: Материалы I Всероссийской конф. Воронеж, 2002.С. 344 - 345. 5. Влияние термообработок на элементы конструкции микроэлектронных датчиков газов / С. И. Рембеза, В. А. Буслов, Г.А. Викин, О. Г. Викин, Д. Б. Просвирин // Электроника и информатика - 2002: Тез. Док. IV Междунар. Науч. - техн. конф. М: МИЭТ, 2002. С.344 - 345.

6. Технологические схемы изготовления микроэлектронных датчиков газов/ СИ. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов, // Электроника и информатика- 2002: Тез. Докл. IV Междунар. науч. - техн. конф. М: МИЭТ, 2002. С.342 - 343.

7. Применение нихрома для формирования металлизации датчиков газов на основе 8п02 / СИ. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Новые функциональные материалы и экология Науч. — практич. конф. Союза материаловедческих обществ России М. 2002 г. С. 124 - 126

8. Исследование распределения температуры по кристаллу газового сенсора/ СИ. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Сб. материалов XV науч. — техн. конф. с участием зарубежных специалистов; Под редакцией Азарова В.Н. М: МГИЭМ, 2003. С 80 - 82

9. Технологические схемы изготовления микроэлектронных датчиков газов / СИ. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Твердотельная электроника и микроэлектроника: сб. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С 116-125

10.Конструктивные и технологические свойства микроэлектронных датчиков газа /СИ. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Твердотельная электроника и микроэлектроника: сб. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. ПО-115

11. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных металлоксидных интегральных сенсоров газа/ С. И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов// Сенсор. 2004. № 1(10) С 20 - 29

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 28.05.2004. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № •

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

»12264

Введение стр.

Глава 1 Твердотельные датчики газов

1.1 Влияние адсорбции газов на электрические свойств стр. 11 широкозонного полупроводника БпОг

1.2 Физические свойства пленок металлооксидных стр.21 полупроводников, типа диоксида олова, оксида цинка и методы их получения.

1.3 Конструкция толстопленочных датчиков газов стр.

1.4 Конструкции тонкопленочных датчиков стр.

Выводы стр.

Глава 2 Разработка конструкции и технологии изготовления газовых датчиков.

2.1 Выбор конструкции и расчет элементов топологии стр.

2.2 Расчет конструкции газового датчика стр.

2.3 Анализ свойств тонких пленок из №Сг применительно стр.59 (ф к конструкции газового датчика

2.4 Исследование влияния режимов термостабилизац- стр.63 ионного отжига на свойства элементов конструкции газовых датчиков

2.5 Исследование прочности сварных соединений стр.66 внутренних выводов ГС А1 - №Сг 50/50%

2.6 Технологические схемы изготовления газовых стр.70 (д датчиков

Выводы стр.

Глава 3 Тепловая модель газового сенсора

3.1 Тепловые характеристики элементов датчика стр.

3.2 Анализ тепловых потерь кристалла газового датчика стр.84 в статическом режиме

3.3 Расчет распределения температуры по поверхности стр.88 кристалла кремния.

3.4 Зависимость температуры датчика от времени стр.93 3.5 Объекты и методика исследования распределения стр. температуры по кристаллу газового сенсора

3.6 Экспериментальные исследования теплофизических стр. 103 свойств газовых датчиков

Выводы стр.

Глава 4 Полуавтоматический пороговый индикатор регистрации уровней концентрации токсичных газов в окружающей атмосфере

4.1 Термообработка и газовый отклик пленок Sn02 стр.

4.2 Назначение и принцип действия прибора стр.

4.3 Устройство порогового индикатора стр.

4.4 Порядок работы. стр. 126 Выводы стр.

Актуальность темы. Автоматизация промышленности, в особенности сложных и опасных технологических процессов, остро нуждается в средствах, позволяющих получить информацию о составе газовых сред. Подобные устройства должны обеспечивать выборочную реакцию на определенные компоненты среды, обладать высокой надежностью и воспроизводимостью результатов. Современное развитие научной мысли предоставляет множество способов и методик для реализации данной проблемы, поэтому, как правило, решающим и определяющим критерием выбора является объем затрат на создание и эксплуатацию необходимого оборудования. В случаях, когда требуется сверхточное измерение и контроль, например в опасных производствах или в условиях специализированных лабораторий, вопрос о стоимости и габаритах средств измерения не так актуален. Однако находится множество случаев, когда требуются миниатюрные, дешевые, простые в использовании и обслуживании системы, пригодные для использования в любых условиях, от систем кондиционирования воздуха внутри жилых помещений до систем безопасности на складах и хранилищах. Сенсорные элементы таких систем должны обладать максимально высокой чувствительностью, избирательностью, стабильностью свойств и технологичностью в производстве. В случае охранной и предупредительной сигнализации приборы также должны обладать миниатюрностью для скрытности и низким энергопотреблением для увеличения срока автономности. Наличие таких приборов, например датчиков утечки бытового газа, в каждом доме повышает безопасность и качество жизни.

Среди всего многообразия газовых сенсоров наиболее полно предъявленным требованиям удовлетворяют так называемые полупроводниковые сенсоры на основе широкозонных полупроводников, таких как ZnO, У2С>5, 1п2Оз, СоО, М§0, из которых 8пОг (диоксид олова) исторически наиболее популярен. Все перечисленные материалы обладают электронным типом проводимости при нормальных атмосферных условиях в рабочем диапазоне температур 300 — 500°С.

Основы современной теории газовой чувствительности были заложены в работах А. Ф. Иоффе еще в 30-х годах 20-го века. Однако один из первых промышленно изготовленных газовых сенсоров был сконструирован и изготовлен японским ученым Та^сЬу в 60-х годах прошлого века. Конструкция этого типа сенсоров практически не изменилась с того времени, он представляет собой керамическую трубку, внутри которой проходит спираль нагревателя из платиновой проволоки, оба конца трубки обмотаны платиновой проволокой, образующей контакты к нанесенному на поверхность чувствительному слою. Главными недостатками данной конструкции в противовес простоте изготовления являются высокое энергопотребление, а также нетехнологичность в производстве.

Несмотря на то, что подобные изделия до сих пор изготавливаются и находят применение, наиболее перспективными являются сенсоры, изготовленные по микроэлектронной технологии. При этом за счет применения стандартных, хорошо отработанных, высокотехнологичных процессов может достигаться массовость, стабильность и воспроизводимость параметров газовых датчиков (ГД), низкая себестоимость изделий. Производственный цикл состоит из последовательных процессов подготовки подложки, формирования нагревателя и контактов к чувствительному слою, формирования чувствительного слоя, стабилизационного отжига полученной структуры, монтажа в корпус и присоединения внешних выводов.

В качестве материала подложки обычно используются тонкие пластины из керамики, оксида алюминия, кремния и т.п. Главным требованием к такому материалу является низкая стоимость, технологичность, химическая инертность. Нагреватель чаще всего изготавливают путем нанесения тем или иным методом платины, поскольку она обладает достаточно высоким температурным коэффициентом сопротивления и химически инертна. Материалом для контактов к чувствительному слою может являться платина или золото.

Изготовление элементов конструкции из золота или платины сопряжено с определенными трудностями. Как правило, такие контакты многослойные, поэтому трудоемки в производстве, а также дорогостоящи из-за больших безвозвратных потерь драгоценных металлов.

Использование тонких пленок из альтернативных материалов для нагревателей и токосъемных контактов^, А1 и др.) ограничено из-за высоких рабочих температур ГД 300 — 500°С или несоответствия требованиям к электрофизических параметрам. Работа датчика при высоких температурах и зависимость его параметров от равномерности распределения температуры определяют проблемы теплофизических характеристик кристалла датчика.

В этой связи вопросы оптимизации конструкции ГД, обеспечение стабильности электрических и механических свойств элементов, входящих в конструкцию ГД, к началу исследований в доступной литературе были освещены недостаточно полно, что создавало определенные трудности использования их в конкретной разработке.

Данная работа выполнялась по госбюджетной теме кафедры полупроводниковой электроники ВГТУ: ГБ — 2001 — 34 (изучение технологических и физических процессов в полупроводниковых структурах и приборах), а также в соответствии с программой гранта МО РФ ТО 2 — 02. - 3484 и НТП 207. 02. 017 и 208.06. 01. 003.

Цель работы. Разработка конструкции и технологии изготовления интегральных датчиков газов в микроэлектронном исполнении. Для достижения поставленной цели в диссертации следовало решить следующие задачи: 1 .Разработать варианты конструкций кристалла датчика.

2.Разработать технологические маршруты изготовления кристаллов датчиков газа.

3.Исследовать возможности использования тонких пленок №Сг в качестве нагревательных элементов и токосъемных контактов.

4.Разработать тепловую модель ГД, провести расчет и экспериментальные исследования влияния взаимного расположения элементов конструкции на распределение температуры по поверхности газочувствительного слоя.

5.Исследовать влияние методов монтажа кристаллов ГД в корпус на его теплофизи чески е параметры.

6. Разработать структурную схему, алгоритм программы измерений, электрическую схему полуавтоматического порогового устройства для регистрации паров органических растворителей в воздухе.

7.Изготовитъ макетный образец датчика.

Научная новизна.

1.Разработана оригинальная топология кристалла ГД, обеспечивающая при экономичном режиме энергопотребления перепад температуры по поверхности газочувствительной области не более 3 — 5°С.

2.Впервые исследована и экспериментально обоснована возможность использования сплава нихром (№Сг) в качестве материала для токосъемных контактов и нагревательных элементов вместо традиционно используемой в производстве ГД дорогостоящей платины.

3.Разработают и экспериментально подтверждена тепловая модель ГД, учитывающая тепловые свойства входящих в его конструкцию материалов. Получено хорошее (не хуже 10%) совпадение расчетных и полученных экспериментальным путем данных по распределению температуры по поверхности кристалла ГД.

4.Впервые путем регистрации интенсивности ИК излучения с поверхности кристалла ГД исследован характер распределения температуры по поверхности кристаллов разработанных ГД. Экспериментально подтверждена эффективность методов монтажа в корпус разработанных кристаллов ГД.

Практическая значимость 1 Технология и маршрут изготовления кристалла ГД, полностью совместим с маршрутом серийного производства планарных транзисторов. 2.Разработанная конструкция ГД со специальным расположением нагревателей и метод монтажа в корпус обеспечивают разброс температуры по поверхности кристалла ГД не более 5°С. 3 .Предложены способы монтажа кристалла ГД в корпус, позволяющие снизить энергопотребление и обеспечить устойчивость конструкции к механическим нагрузкам. 4.Разработана электрическая схема, конструкция малогабаритного устройство со встроенным источником питания для автоматического измерения порогового значения концентрации различных газов. Изготовлен и испытан опытный образец.

Положения выносимые на защиту.

1.Топология и маршрут изготовления кристалла ГД, полностью адаптированного к технологии серийного производства полупроводниковых приборов на кремнии.

2.Конструкция чувствительного элемента на основе БпОг с использованием сплава из №Сг для создания нагревателя и токосъемных контактов ГД.

3.Тепловая модель разработанных конструкций датчиков газов и результаты расчетов тепловых потерь.

4.Экспериментальные данные по распределению тепла по поверхности кристалла датчика в зависимости от конструкции и способа монтажа в корпус.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научно - технических семинарах: Всероссийская научно - техническая конференция "Охрана и безопасность"(Воронеж, 2001); Международная школ - семинар

Нелинейные процессы в дизайне материалов"; 1 Всероссийская конференция "Физико — химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах "ФАГРАН 2002" (Воронеж, 2002); IV Научно - техническая конференция "Электроника и информатика 2002" (МИЭТ г. Москва, 2002); научно - практическая конференция Союза металловедческих обществ России "Новые функциональные материалы и экология " (Москва, 2002); XV научно - техническая конференция с участием зарубежных специалистов (Москва 2003); Второй Международный симпозиум "Безопасность и экология водородного транспорта" И^БЕНТ -2003 (Саров, 2003).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 работ.

Личный вклад автора. В совместных работах автору принадлежит проведение и обработка результатов экспериментальных исследований, разработка конструкции газового сенсора, выполнение теоретических расчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа изложена на 138 страницах текста, включая 4 таблицы, 71 иллюстрацию и список использованной литературы из 95 наименований.

Выводы и результаты

1. Установлена зависимость изменения сопротивления пленок 5пОг от температуры отжига, исследованы статические и динамические характеристики изменения газовой чувствительности пленок 8п02 , полученные методом магнетронного напыления.

2. Определена температурно-временная диаграмма работы ГС, для задания временных интервалов функционирования измерительной схемы.

3. Установлена возможность применения полученных пленок Бп02 в качестве чувствительного элемента для разработанных конструкций ГД.

4. Разработана управляющая программа работы микроконтроллера.

5. Изготовлен и испытан опытный образец полуавтоматического порогового индикатора и подтверждена его работоспособность.

Заключение

В диссертации получены следующие научно — технические результаты

1.С учетом высокотемпературной специфики работы газового сенсора осуществлен выбор конструкционных материалов и проведен расчет топологии двух типов конструкций: с платиновой и нихромовой металлизацией, обеспечивающих равномерность температуры по всей площади кристалла датчика.

2.Обоснована возможность применения в качестве высокотемпературного нагревателя и термометра более дешевых по сравнения с платиной пленок нихрома с процентным содержанием 50/50%. Исследовано влияние режимов термостабилизационного отжига при 510 °С пленок №Сг на их электрофизические свойства. Показана возможность замены платиновой металлизации на нихромовую с защитным покрытием от воздействия газовой атмосферы из пиролитической пленки БЮг.

3.Предложена схема технологического процесса изготовления ГС с платиновой и нихромовой металлизацией, экспериментально исследованы и отработаны методы взрывной фотолитографии, разработаны методы монтажа и сборки датчиков, создающие наиболее благоприятные тепловые режимы для оптимального функционирования всех элементов конструкции датчика вплоть до температур ~ 500°С. Изготовлены макетные образцы датчиков, на которых исследованы их теплофизические характеристики.

4.Разработана тепловая модель газового датчика и проведен анализ возможных механизмов рассеяния мощности. Показано, что потери тепла за счет радиационного рассеяния и конвекции в общей сумме потерь тепла составляют 10 - 15 %, при этом основной отвод тепла от кристалла газового датчика (-90%) осуществляется через проволочные выводы. Для тепловой модели кристалла газового датчика решена задача распределения температуры по поверхности кристалла. Показано, что неравномерность распределения тепла по поверхности кристалла при температуре ~ 300°С не превышает 1 - 2% , что подтверждается результатами расчета и экспериментальными исследованиями

З.Разработана методика прямого анализа тепловых процессов на поверхности кристалла с помощью микропирометров 14 КИ1 - 001 и ИК тепловизора ТегшаСАМ- 60 .Исследовано распределение температуры по поверхности кристаллов датчиков трех различных конструкций в зависимости от конструкции нагревателей и способов монтажа кристалла.

6. Исследована динамика нагрева и охлаждения датчика до температур ~ 250°С. Установлен экспоненциальный характер кривых нарастания и спада температуры и предложен механизм их объяснения. Динамические тепловые характеристики использованы для задания временных интервалов функционирования измерительной схемы.

7.Установлена зависимость изменения сопротивления пленок БпОг от температуры отжига и исследованы статические и динамические характеристики изменения газовой чувствительности пленок БпОг. Разработана конструкция, электрическая схема управления процессом десорбционного отжига и последующего измерения сопротивления газочувствительного слоя, алгоритм программы нагрева и измерения для управления микроконтроллером, изготовлен образец полуавтоматического порогового устройства для индикации трех уровней концентрации паров этанола в выдыхаемом воздухе, проверена его работоспособность. В качестве чувствительного элемента применяется ГД, который изготовлен на основании результатов исследований и технических работ в ходе выполнения данной диссертационной работы.

1. Иоффе А.Ф. Сообщение о научно-технических работах в республике Катализ. Л.: НХТИ, 1930. - 53 с.

2. Рогинский С.З. Адсорбция и катализ на неоднородных поверхностях -М.: АН СССР, 1948.-278С.

3. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. М.: Наука, 1987. - 432 с.

4. Волькенштейн Ф. Ф. Физико-химня поверхности полупроводников-М.: Наука, 1973.-400 с.

5. Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. -М.: Иностранная литература, 1963. 456 с.

6. Моррисон С .Р. Химическая физика поверхности твердого тела.-М.: Мир, 1982.-583 с.

7. Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях Мясников И.А., Сухарев В.Я., Куприянов Л.Ю., Завьялов С.А.-М.: Наука, 1991-327с.

8. Сухарев В .Я . , Мясников И. А. Теоретические основы метоа полупроводниковых сенсоров в анализе активных газов // Жури. физ. химии. -1986.- Т. LX. Вып.10. - С.2385-2401.

9. Гутман Э.Е. Влияние адсорбции свободных атомов и радикалов на электрофизические свойства полупроводниковых окислов металлов // Журн. физ. химии. 1984. - Т. LVIII. - Вып.4. - С. 801 - 821.

10. Ю.Киселев В.Ф. Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках. М: Наука, 1970. - 399 с.

11. Yamazoe N., Fuchigami J., Kishikawa M., Seiyama Т. Interaction of tin oxide surface with O2, H20 and H2 // Surface Sei. 1979. - Vol. 86. - P.335 - 344.

12. Chang S.C. Sensing mechanism of thin film tin oxide // Proc. 1st Meet. Chemical Sensors. -Japan, Fukuoka, 1983. P.78 - 83.

13. Kohl D. Surface processes in the detection of reducing gases with SnCb -based devices//Sensor and Actuators. 1989. - Vol. 18. - P.71 - 114.

14. Бутурлин A.M., Габузян Г.А., Голованов H.A., Бараненков И.В., Евдокимов А.В., Муршудли М.Н., Фадин В .Г., Чистяков Ю.Д. Полупроводниковые датчики наоснове металлооксидных полупроводников //Зарубежная электронная техника. 1983. -№10. - С. 3 -38.

15. Clifford Р. К., Tuma D.T. Characteristics of semiconductor gas sensors //Sensor and Actuators. 1982. - Vol. 3. - P.233 - 254.

16. Barsan N. Conduction model in gas-sensing Sn02 layers: grain-size effects and ambient atmosphere influence // Sensor and Actuators.-1994.- Vol. В.- № 17.-P.241 -246.

17. Sanson S., Fonstad C.G. Defect structure and electronic donor levels in stanic oxide crystals//J. Appl. Phis.-l 973.- Vol.44.- P.4618-4621.

18. Jarsebski Z. M., Marton J.P. Physical properties of Sn02 materials -electrical properties//. Electrochem. Soc. 1976.-Vol.l23.-№ 9.-P. 229310.

19. Maier J., Gopel W. Investigation of the bulk defect chemistry of polyciystalline tin (IV) oxide // J. Solid State Chem. 1988,- № 72.- P. 293 -302.

20. Xu C., Tamaki J., Miura N., Yamazoe N. Relationship between gas sensitivity and microstructure of porous Sn02 // J. Electrochem. Soc. -1990.-Vol.58.-№ 12.-P. 1143-1148.

21. Xu C., Tamaki J., Miura N., Yamazoe N. Grain size effects on gas sensitivity of porous Sn02 based elements // Sensor and Actuators.-1991. Vol. B.-№3.-P.147- 155.

22. Ippommatsu M., Ohnishi H., Saski H., Matsumoto T. Study on the sensingmechanism of tin oxide flammable gas ensor using the Hall effect/./J. AppLPhys.-1991.- Vol. 69(12). №1 5.- P.8368 - 8374.

23. Watson J., Ihokura K., Colest G.S.V. The tin dioxide gas sensor // Meas.Sci.

24. Technol. -1993. -№ 4. P.717-719.

25. Rekas М., Szklarski Z. Defect chemistry of antimony doped SnCb tin films // Bull. Polish Academy Sci. Chem.-1996.-Vol.44.-№ 3.-P. 155-177.

26. Хатсон A.P. Полупроводники. -M.: Иностранная литература, 1962 -497с.

27. Jones F.H., Dixon R., Foord J.S., Egdell R.G., Pethica J.B. The surfs structure of SnCb (1 10)(4xl) revealed by scanning tunneling microscopy // SurfScience.-1997.-Vol.376.-P.367-373.

28. Robertson I. Defect levels of SnC>2 // Phis. Rev.- 1984,- Vol. B.-№ 30 P. 3520-3522.

29. Панкратов E.M., Рюмин В .П. , Щелкина Н.П. Технология полупроводниковых слоев двуокиси олова.- М.: Энергия, 1969.- 56 с.

30. Stoev 1., Khol D. An integrated gas sensor on silicon substrate sensitive layer of SnOx // ISPPME 6th International School on Physical Problems Microelectronics 1989.- P.482 - 489.

31. Астафьева JI.B., Скорняков Г.П. Установка для получения плен двуокиси олова // ПТЭ.-1980.- №5 С.235 - 237.

32. Popova L.I., Michailov M.G., Georguiev V.K. Structure and morpholo of thin SnCb films // Thin Solid Films.- 1990.- Vol. 186.- P. 107 112.

33. Технология СБИС / Под ред. С.Зи.-М: Мир, 1986.-453 с

34. Goyat D., Agashe С., Marathe В. et al. Effect of dopant incorporation on structural and electrical properties of sprayed SnC>2:Sb films // J. Appl. Phys.-1993.- Vol.73.-№ 11.-P.7520-7523.

35. Иващенко А.И., Хорошун И.В., Киоссе Г.А., Марончук И.Ю., Попушой В.В. Природа изменений физических свойствполикристаллических гонких пленок S11O2, вызванных термообработкой // Кристаллография.-1997.- Г.42.-№5.-С.901-905.

36. Технология тонких пленок: Справочник: В 2 т. / Под ред. Л.Майссела, Р.Глэнга.-М: Сов. радио, 1977. Т. 1. - 390 с.

37. Zemel J.N. Theoretical description of gas film interaction on SnCW/ Thin Solid Films. - 1988.- Vol.163.- P. 189 - 202

38. Gopel W., Schierbaum K.D. SnCb sensor: current status and future prospect: Sensor and Actuators. 1995. - Vol. B,26 -27. - P.I - 12.

39. Бутурлин А.И., Габузян ТА., Голованов Н.А. Газочувствительные датчики на основе металлоксидных полупроводников // Зарубежная электронная техника №10, 1983, стр. 3-39.

40. Simon.I., BaArsan N., Bauer M., Weimar U. // Micromachined metal oxide gas sensors: opportunities to improve sensor performance. Sensors and Actuators В 73 (2001) p. 1-26

41. Tang Z., Wu J Jap. J. Appl. Phys., 1980, V. 19, N 3, p. 513-517.45.Патент США №4009061.

42. Gardner J., Pike A., N. de Rooji, Koudelka-Hep M., Clerc P., Hierlemann A., Gopel W.// Integrated array sensor for detecting organic solvents, Sensors and Actuators В 26/27 (1995) p.135-139.

43. Lee D., Chung W., Choi M., Back J.// Low-power micro gas sensor, Sensors and Actuators В 33 (1996) p. 147-150.

44. Maccagnani P., Don L., Negrini P., Thermo-insulated microstructures based on thick porous silicon membranes, in: Proceedings of the 13th European Conference on Solid-State Transducers, The Hague, The Netherlands, 12-15 September 1999, p.817-820.

45. Becker Th., Ahlers Si,. Bosch-v.Braunmuhl Chr,. Muller G, Kiesewetter O. // Gas sensing properties of thin- and nhick-film tin-oxide materials. Sensors and Actuators B 77 (2001) p.55-61.

46. Briand D., Krauss A., B. van der Schoot, Weimar U., Barsan N., Gopel W., N.F. de Rooij // Design and fabrication of high-temperature micro-hotplates for drop-coated gas sensors. Sensors and Actuators B 68 (2000) p.223-233.

47. Dusco C., Va zsonyi E., Adam M., Szabo I., Barsony I., Gardeniers J., A. van den Berg. // Porons silicon hulk micromachining for thermally isolated membrane formation, Sensors and Actuators A 60 (1997) p.235-239.

48. Sheng L., Tang Z., Wu J., Clian P., Sin J. // A low-power CMOS compatible integrated gas sensor using maskless tin oxide sputtering, Sensors and Actuators B 49 1998, p.81-87.

49. Chung W., Shim C., Choi S., Lee D. // Tin oxide microsensor for LPG monitoring, Sensors and Actuators B 20 (1994) p. 139-143.

50. P. Hille, H. Strack, A heated membrane for a capacitive gas sensor, Sensors and Actuators A 32 (1992) p.32I-325.

51. Götz A., Gracia I., Cane C., Lora-Tamayo E. // Thermal and mechanical aspects for designing micromachined low-power gas sensors, J. Micromech. Microeng. 7 (1997) p.247-249.

52. Tuller H., Mlcak. R. // Photo-assisted silicon micromachining: opportunities for chemical sensing, Sensors and Actuators B 35/36 (1996) p.255-261.

53. Saul С., Zemel J. // Diode-based microfabricated hot-plate sensor, Sensors and

54. Actuators A 65 (1998) p.128-135.

55. Figaro Products Catalogue, Figaro gas sensors 1-series 8-series, Figaro Engineering Inc., European Office, Oststrasse 10,40211, Dusseldorf, Germany60.153th Meeting of the Electrochemical Society Seatle, Washington, 1978, Abstr.N 37.

56. Harold Sobol, // Applications of Integrated Circuit Technology of the TEEEE, (1971)N8 p.59

57. Jackson C.M., Danleavy J.G.JHall A.,M. //Proc. Elektron Components Conf.1961 p.36-41

58. Campball D.,Bzit H, //Annu. Phis 16 (1719), 1965,

59. Исследование создания термозависимых резисторов для обеспечения температурной устойчивости СВЧ транзисторов //Отчет по НИР"Пандус",НИИЭТ, Воронеж, 1991

60. Ефимов И.Е., Козырь ИЛ., Горбунов Ю.И. //Микроэлектроника М.: Высшая школа, 172 — 187 с.

61. Майсекка JI, Гленга Р., //Технология тонких пленок: Справочникам . : Советское радио, с. 584 585

62. Bimtll P., Bleckborn Y., Campball., Stirlend D., //Microelectron Reliability 1964, p.61

63. Самсонов Г В.// Физико химические свойства элементов-Киев.: Наукова думка, 1965 С.681-687, 707-723

64. РД 11 0865-92 Приборы полупроводниковые. Методы обеспечения иоценки соответствия требованиям ТЗ по надежности на этапе НИОКР.

65. Гуляев А.П. //Металловедение — М.:Металлургия,1986

66. Обзоры по электронной технике, сер. 2, вып.4 (863),1982

67. Appl. Proc. Reliability Phis. Anaheim. California, April 1 3,1986, p.55 - 60

68. Исследование технологии сборки БИС и СБИС на двухслойном медно — полиимидном гибком носителе// Отчет по НИР, НИИЭТ, Воронеж, 1993 С.13-26

69. Технологические схемы изготовления микроэлектронных датчиков газов/ С.И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов. // Электроника и информатика — 2002: Тез. Докл. IV Междунар. науч. — техн. конф. М: МИЭТ, 2002. С.342 343.

70. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных металлоксидных интегральных сенсоров газа/ С. И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов// Сенсор. 2004. № 1(10) С. 20-2977. ГОСТ 20.57.401-81

71. Охотин A.C., Боровикова Р.П., Нечаева Т.В., Пушкарский A.C. Теплопроводность твердых тел // Справочник, Под ред. A.C. Охотин а. М., Энергоатомиздат, 1984.320 с.

72. Самарский A.A. Теория разностных схем. — М.: Наука, 1977. — 656 с.

73. Технологические схемы изготовления микроэлектронных датчиков газов / С.И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Твердотельная электроника и микроэлектроника: сб. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 116-125

74. Grigull U., Sander H., //Warmeleitimg, Springer, Berlin, 1979.

75. Виглеб Г. Датчики . М.: Мир, 1989 .

76. Watson G.,Ihokura К.,Coles C.Sv. Thetin dioxide gas sensor .//Vlas.Sci.Technol.,1993. V.4 - P.711 - 719

77. Максимович Н.П. Дышель Д.Е. Еремина JI.E. и др. Полупроводниковые сенсоры для контроля газовфх сред //Ж.аналитгической химии, 1990 — Т.45.-№7.-С.1312 -1316

78. Викин О. Г., Буслов В. А. Направленный массоперенос алюминия в контактах к нихромовой металлизации для датчиков газов на основе Sn02 // Шаг в будущее: Сб. тр. регион, конф. Воронеж, 2002. С. 50

79. Викин О.Г., Буслов В. А., Рембеза С. И . Направленный массоперенос алюминия в контактах к нихромовой металлизации для датчиков газов на основе SnÜ2 // Тез. Док. Междунар. школы — семинара Нелинейные процессы в дизайне материалов: Воронеж, 2002. С. 56.

80. Конструктивные и технологические свойства микроэлектронных датчиков газа /С.И. Рембеза, Д.Б. Просвирин, О.Г. Викин, Г.А. Викин, В.А. Буслов // Твердотельная электроника и микроэлектроника: сб. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 110 115

81. Буслов В.А., Викин О. Г., Татаринцев Ю. А. Тепловые характеристики кристалла датчика предупредительной сигнализации // Охрана и безопасность 2001: Сб. материалов Всерос. Науч. практ. конф. Воронеж, 2001 г. С. 17.