PROJEKTOVANJE MATERIJALA ZA

ELEKTRONIKU

1. Principi prognoze svojstava materijala- izbor i projektovanje

materijala za elektroniku

2. Baze podataka elektronskih materijala

3. Klasifikacija elektronskih materijala

– osnovne grupe tehničkih materijala

– metali i legure:

– polimeri

– keramika i stakla:

– kompoziti

4. Materijali za mikrosisteme

5. Tanki filmovi

6. Nanomaterijali

Оцена знања (максимални број поена 100)

Предиспитне

обавезе

поена Завршни испит поена

активност у току

предавања

15 писмени испит 25

практична настава 15 усмени испт 25

Семинарски радови 20

PRINCIPI PROGNOZE SVOJSTAVA

MATERIJALA

Principi prognoze

➢ Šta je prognoza materijala

➢ Zašto se primenjuje

➢ Osnovna pravila prognoze svojstava materijala

➢ Stvaranje novih materijala posledica je dugog i skupog

eksperimentalnog rada.

➢ Za razliku od tradicionalnih materijala, koji su se razvijali hiljadama

godina, novi materijali moraju se stvoriti u kratkim vremenskim

rokovima, od njih se, takođe, zahtevaju precizno određene osobine,

koje uslovljavaju konstruktori savremenih uređaja.

➢ Razvoj novih kristalnih i polikristalnih materijala u velikom je rezultat

brojnih fundamentalnih i eksperimentalnih istraživanja funkcionalnih

veza opšte šeme prognoze

tehnologija - struktura - svojstva materijala,

Principi prognoze

Principi prognoze

➢ Razvoj novih polikristalnih i kompozitnih materijala,

njihova karakterizacija i sve modernije tehnologije, koje se

kreću od klasičnih mašinskih tehnologija do najmodernijih

mikroelektronskih tehnologija, baziraju se u osnovnom na

poznavanju opštih međudejstva pojedinih komponenti,

oblasti egzistencije pojedinih faza i odgovarajućih

dijagrama stanja, a samim tim i na poznavanju njihovih

dubljih strukturnih nivoa.

Principi prognoze svojstava materijala

➢ Kad govorimo o dobijanju materijala sa unapred zadatim osobinama,

trebalo bi imati u vidu evoluciju strukture materijalnih sistema, od

atomskog nivoa organizacije do nivoa kristala.

➢ Ovakva evolucija materije direktno definiše hijerarhiju strukture.

➢ Najviši od tih nivoa (makro i mikrostrukturni) u odnosu na rapodelu

faza i odgovarajuće mikrostrukturne konstituente, te egzistenciju u

ograničenom obimu uređenih podstruktura,.

Principi prognoze

➢ Struktura zauzima centralno mesto u kompleksu nauke o materijalima

i njena glavna specifičnost je postojanje više nivoa što dopušta da se

govori o “strukturi strukture”: makro, mikro, kristalnoj, atomskoj i

elektronskoj strukturi.

➢ Mnogi materijali ( naročito kompozicioni) imaju makrostrukturu.

➢ U granicama makrostrukture postoji mikrostruktura koja je

definisana mikrostrukturnim konstituentima kao što su: granice zrna,

pore, domeni.

➢ Svaki element mikrostrukture odlikuje se određenom atomskom

strukturom: dislokacije, površinski defekti i tačkasti defekti.

➢ Nakon nje dolazi kristalna struktura, pa elektronska struktura.

➢ Može se takođe, razmatrati i struktura atomskih jezgara kristala.

Međutim, sa izuzetkom nekoliko specifičnih primena elektronski nivo

sasvim je dovoljan za razmatranje svojstava supstanci.

Principi prognoze-struktura

Koncentracija nosilaca u intrinsičnom Si

Primese u Si

• EC – dno provodne zone

• EV – vrh valentne zone

• ED – donorski energetski nivo

• EA – akceptorski energetski nivo

Na sobnoj temperaturi

sve primese su

jonizovane

Principi prognoze svojstava materijala

➢Razni tipovi strukture (hemijska, geometrijska, energetska) određuju

različita svojstva materijala.

➢Promena geometrijske strukture (dejstvo visokih pritisaka ili

polimorfne transformacije) izaziva promenu potencijala u kristalu a kao

posledicu toga i promenu elektronske energetske strukture.

➢Promena hemijske strukture (sastava) izaziva promenu kako

geometrijske tako i energetske strukture.

➢Sve to direktno utiče na promenu svojstava materijala i predstavlja

osnovu za razvoj tehnologije dobijanja materijala sa unapred zadatim

svojstvima.

Principi prognoze-svojstva

Dodavanjem 100

primesnih atoma na

106 atoma Si menja

se njegova otpornost

8 redova veličina

Otpornost:

R (=) W

Principi prognoze svojstava materijala

➢ Kvantitativna ograničenost empirijiskih metoda dovela je do

postavljanja problema usmerene sinteze, kao jednog od bitnih

problema savremene nauke i do razrade teorije koja bi omogućila da

na osnovu datih fizičkih, hemijskih, fizičkohemijskih i tehničkih

osobina materijala biramo njihov režim obrade, metode dobijanja,

hemijski sastav itd., odnosno sve informacije potrebne za njihovu

proizvodnju.

➢ Ove se informacije definisane su terminom "tehnologija".

➢ Zavisnost "Tehnologije" od "svojstava", funkcija , nije jednoznačna.

➢ Npr. određenu čvrstoću materijala možemo dostići različitim

tehnološkim metodama: menjajući način dobijanja uzoraka, način

obrade, sastav itd.

➢ Zato je pogodnije obrnuti problem - razmatrati obratnu zavisnost “

svojstva” od “tehnologije”, koja je jednoznačna.

Principi prognoze-tehnologija

Czochralski metoda

Metoda lebdeće zone

• Alternativni proces

za dobijanje

monokristalnog Si je

metoda lebdeće

zone.

• Ovaj proces se

takođe koristi i za

prečišćavanje

monokristalnog Si

Ingot to wafer

Wafers for IC

manufacturing

CZ

FZ

Slicing

Ingot

LappingPolishing

300mm Si wafer

➢ Osnovni nedostatak multivarijacionih ekstrapolacionih i

termodinamičkih metoda rešavanja problema materijala jeste zahtev

za "bankom informacija", čiji je osnovni način formiranja

eksperimentalno izučavanje materijala.

➢ Ovaj nedostatak na centralno mesto u nauci o materijalima postavlja

"strukturu", a pojmovi “svojstva” i “tehnologija” razmatraju se u

odnosu na nju kao sekundarne. Posebno "svojstva" karakterišu

reakciju "strukture" na elektromagnetne, mehaničke, toplotne ili

druge uticaje, a sve tehnološke operacije: legiranje, sinterovanje

predstavljaju samo načine obrazovanja neke od "struktura".

Principi prognoze-tehnologija

➢ Zadatak usmerene sinteze može se smatrati završenim ako su

uspostavljene fundamentalne veze dva tipa i to veza:

Svojstva→ Struktura (F) i

Struktura→ Tehnologija (T)

➢ "Struktura" ima ulogu parametra, preko kojeg se izražava i tražena

funkcija . Za razliku od polazne funkcije ( = FT), svaka od funkcija

F i T može se dobiti čisto induktivnim putem: određivanje F zadatak je

fizike čvrstog tela, dok je funkcija T predmet proučavanja kvantne

hemije čvrstog tela, kristalohemije i fizičke hemije materijala.

➢ Važna prelazna etapa u nalaženju funkcionalne veze “tehnologija-

struktura” je proučavanje zavisnosti faznog sastava materijala od

njegovog hemijskog sastava pod zadatim spoljnim uslovima, odnosno

razvoj metoda prognoziranja dijagrama stanja dvo- i višekompnentnih

sistema.

➢ Metode proračuna i prognoza nekog sistema mogu se šematski

prikazati kao lanac:

MODEL→ PROCES → REZULTAT.

Pod modelom se podrazumeva fizički model stanja i uzajamnog dejstva

komponenata.

Pod procesom se podrazumeva skup zakonitosti koje diktiraju

međusobnu interakciju komponenti a

rezultat je sam dijagram stanja, tj. grafička slika uslova postojanja

pojedinih faza u ravnoteži, i njihove interakcije.

Dva su načina rešavanja problema prognoze.

➢Prvi polazi od Modela.

➢Baziran je na razradi i korišćenju nekog modela interakcije komponenti

koji više ili manje pravilno opisuju realne sisteme. Tačnost rezultata je

diktirana izborom modela i primenjivošću istog na konkretne proračune.

➢Drugi način polazi od zadnje karike-rezultata.

➢On se bazira na analizi zakonitosti međudejstva komponenti. Pomoću

njih možemo popravljati fizičke modele međudejstva komponenti.