UDK621,3:(53+54+621 +66)(05)(497.1 )=00 ISSN 0352-9045 2-1995 L A Časopis za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale Časopis za mikroelektroniku, elektronske sastavne dijelove i materijale Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials Elektronika Velenje gorenje Dkörting km»m INFORMACIJE MIDEM, LETNIK 25, ŠT. 2(74), LJUBLJANA, junij 1995 NOV FORMAT ZA SIRSA OBZORJA INFORMACIJE MIDEM 2° 1995 INFORMACIJE MIDEM LETNIK 25, ŠT. 2(74), LJUBLJANA, JUNIJ 1995 INFORMACIJE MIDEM GODINA 25, BR. 2(74), LJUBLJANA, JUN 1995 INFORMACIJE MIDEM VOLUME 25, NO. 2(74), LJUBLJANA, JUNE 1995 Izdaja trimesečno (marec, junij, september, december) Strokovno društvo za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale. Izdaja tromjesečno (mart, jun, septembar, decembar) Stručno društvo za mikroelektroniku, elektronske sastavne dijelove i materiale. Published quarterly (march, june, september, december) by Society for Microelectronics, Electronic Components and Materials - MIDEM. Glavni in odgovorni urednik Glavni i odgovorni urednik Editor in Chief Tehnični urednik Tehnički urednik Executive Editor Uredniški odbor Redakcioni odbor Executive Editorial Board Časopisni svet Izdavački savet International Advisory Board Naslov uredništva Adresa redakcije Headquarters mag. Iztok Šorli, dipl.ing., M1KROIKS d.o.o., Ljubljana mag. Iztok Šorli, dipl. ing. Doc. dr. Rudi Babič, dipl.ing., Tehniška fakulteta Maribor Dr.Rudi Ročak, dipl.ing,, MIKROIKS d.o.o., Ljubljana mag.Milan Slokan, dipl.ing., MIDEM, Ljubljana Zlatko Bele, dipl.Ing., MIKROIKS d.o.o., Ljubljana Miroslav Turina, dipl.Ing., Zagreb mag. Meta Limpel, dipl.ing., MIDEM, Ljubljana Miloš Kogovšek, dipl.ing., Iskra INDOK d.o.o., Ljubljana Prof. dr. Slavko Amon, dipl.ing., Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, Ljubljana, PREDSEDNIK Prof. dr. CorClaeys, IMEC, Leuven Dr. Jean-Marie Haussonne, C.N.E.T. Centre LAB, Lannion Dr. Marko Hrovat, dipl.ing., Inštitut Jožef Stefan, Ljubljana Prof. dr. Zvonko Fazarinc, dipl.ing,, CIS, Stanford University, Stanford, USA Dr. Marija Kosec, dipl.ing., Inštitut Jožef Stefan, Ljubljana Prof.dr.Drago Kolar, dipl.ing., Inštitut Jožef Stefan, Ljubljana RNDr. DrSc. Radomir Kužel, Charles University, Prague Dr. Giorgio Randone, ITALTEL S.I.T. spa, Milano Prof.dr. Stane Pejovnlk, dipl.ing., Kemijski inštitut Boris Kidrič, Ljubljana Dr. Wolfgang Pribyl, SIEMENS EZM, Villach, Österreich Dr. Giovanni Soncini, University of Trento, Trento Prof.dr. Janez Trontelj, dipl.ing., Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, Ljubljana Dr. Anton Zalar, dipl.ing., IEVT, Ljubljana Dr. Peter Weissglas, Swedish Institute of Microelectronics, Stockholm Uredništvo Informacije MIDEM Elektrotehniška zveza Slovenije Dunaiska 10, 61000 Ljubljana, Slovenija (0)61'-316 886 Letna naročnina znaša 12.000,00 SIT, cena posamezne številke je 3000,00 SIT, Člani in sponzorji MIDEM prejemajo Informacije MIDEM brezplačno, Godišnja pretplata iznosi 12.000,00 SIT, cijena pojedinog broja je 3000,00 SIT. Članovi i sponzori MIDEM primaju Informacije MIDEM besplatno. Annual subscription rate is DEM 200, separate issue is DEM 50. MIDEM members and Society sponsors receive Informacije MIDEM for free. Znanstveni svet za tehnične vede I je podal pozitivno mnenje o časopisu kot znanstveno strokovni reviji za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale. Izdajo revije sofinanci rajo Ministrstvo za znanost in tehnologijo in sponzorji društva. Scientific Council for Technical Sciences of Slovene Ministry of Science and Technology has recognized Informacije MIDEM as scientific Journal for microelectronics, electronic components and materials. Publishing of the Journal is financed by Slovene Ministry of Science and Technology and by Society sponsors. Znanstveno strokovne prispevke objavljene v Informacijah MIDEM zajemamo v: * domačo bazo podatkov ISKRA SAIDC-el, kakor tudi * v tujo bazo podatkov INSPEC Prispevke iz revije zajema ISI® v naslednje svoje produkte: Sel Search®, Research Alert® in Materials Science Citation Index™ Scientific and professional papers published In Informacije MIDEM are assessed into: * domestic data base ISKRA SAIDC-el and * foreign data base INSPEC The Journal Is indexed by ISl® for Sci Search®, Research Alert® and Material Science Citation Index™ Po mnenju Ministrstva za informiranje št.23/300-92 šteje glasilo Informacije MIDEM med proizvode informativnega značaja, za katere se plačuje davek od prometa proizvodov po stopnji 5 %. Grafična priprava in tisk BIRO M, Ljubljana Grafička priprema i štampa Printed by Naklada 1000 Izvodov Tiraž 1000 primjeraka Circulation 1000 issues UDK621.3:(53+54+621 +66), ISSN0352-9045 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana I. Šorli: Revijo "Informacije MIDEM" je ISI® začel zajemati v svoje podatkovne baze 88 I. Šorli: Journal "Informacije MIDEM" Has Been Selected for Coverage in Some of ISI® Products ZNANSTVENO STROKOVNI PRISPEVKI PROFESSIONAL SCIENTIFIC PAPERS G. U. Pignatel: Silicijevi detektorji sevanja za spektroskopijo X žarkov z visoko ločljivostjo 89 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors for High Resolution X-Ray Spectroscopy B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Pb(Zro.5oTio.5o)03, sintetiziranih Iz aloksidnih kompleksov 98 B. Malic, M. Kosec, D. Kolar: Morphology and Sinterability of the Pb(Zro.soTio.so)03 Powders Prepared from Various Alkoxide Based Complexes M. Hrovat, D. Belavič, G. Dražič, J. Holc, S. Šoba: Preiskave debeloplastnih uporov z visokimi faktorji gauge 108 M. Hrovat, D. Belavič, G. Dražič, J. Hole, S. Šoba: Investigations of Thick Film Resistors with High Gauge Factors L. Trontelj: Mikroelektronska razvojno-raziskovalna enota in njen vpliv na elektronsko industrijo v industrijsko se razvijajočih deželah 115 L. Trontelj: Microelectronic R&D Facility and its Impact on Electronic Industry in Newly Industrializing Countries B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode 120 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicon Rectifying Diodes M. Bizjak: Vplivi lokalnih klimatskih razmer na električne izolacijske lastnosti poliamidnih sestavnih delov 142 M. Bizjak: The Influence of Environmental Conditions on the Electrical Insulation Properties of Polyamid Plastic Parts UPORABA POLPREVODNIŠKIH KOMPONENT APPLICATION OF SEMICONDUCTOR COMPONENTS Predstavitev izdelkov Instituta za robotiko, Faklteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor 147 Representation of Products Made by Institute for Robotics from Faculty of Electronic and Computer Engineering in Maribor PRIKAZI DOGODKOV, DEJAVNOSTI ČLANOV MIDEM IN DRUGIH INSTITUCIJ REPRESENT OF EVENTS, ACTIVITIES OF MIDEM MEMBERS AND OTHER INSTITUTIONS I. Šorli: Revijo "Informacije MIDEM" je ISI® začel zajemati v svoje podatkovne baze 151 I. Šorli: Journal "Informacije MIDEM" Has Been Selected for Coverage in Some of ISI® Products PREDSTAVLJAMO PODJETJE Z NASLOVNICE ELEKTRONIKA, Velenje 152 REPRESENT OF COMPANY FROM FRONT PAGE ELEKTRONIKA, Velenje KONFERENCE, POSVETOVANJA, SEMINARJI, POROČILA CONFERENCES, COLLOQUYUMS, SEMINARS, REPORTS M. Hrovat: Deseta Evropska mikroelektronska konferenca 156 M. Hrovat: 10th European Microelectronics Conference D. Vrtačnik: SEMICON - EUROPA 1995 159 D. Vrtačnik: SEMICON - EUROPA 1995 VESTI 160 NEWS KOLEDAR PRIREDITEV 166 CALENDAR OF EVENTS TERMINOLOŠKI STADNARDI 168 TERMINOLOGICAL STANDARDS MIDEM prijavnica MSDEM Registration Form Slika na naslovnici: GORENJE PANORAMA, najnovejši panoramski barvni televizor firme ELEKTRONIKA, Velenje Frontpage: GORENJE PANORAMA, the Newest Panoramic Colour TV Made by ELEKTRONIKA Velenje Journal "Informacije MI DEM" Has Been Selected for Coverage in Some of ISr Products Journal "Informacije MiDEM" is a professional - scientific - society publication of Society for Microelectronics, Electronic Components and Materials - MIDEM, with 25 years of tradition. In the Journal, original scientific papers, professional papers, as well as scientific reviews of domestic and foreign authors are published covering the field of microelectronics, electronic components and materials. "Informacije MIDEM" is actually the central scientific Journal covering this field in Slovenia, and at the same time it complements other scientific journals which deal with broader fields of electronics and electrotechnics in general. Executive Editorial Board and International Advisory Board which members are domestic and foreign experts from the field of microelectronics and similar fields guarantee high quality of the published contributions. Scientific and professional papers, as well as Journal itself, are edited in such a way that they meet all requirements needed for scientific Journal. All contributions have title, key words and abstract written in original, as well as in English language. The contributions themselves may be written in Slovene, Croatian and English languages. Scientific and professional papers are assessed into domestic (ISKRA-SAIDC-el) and foreign data base (INSPEC). It is my great pleasure to inform You that as of May 1995, IsF1 - Institute for Scientific Information - has selected Journal "Informacije MIDEM" for coverage in the three of its products: SciSearch®, Research Alert® and Materials Science Citation Index® I hope that this good news will encourage foreign, as well as domestic scientists to contribute into the Journal even with greater pleasure. In the next issue of the Journal You will find some more information about I SI®, its sen/ices and products related to coverage of our Journal. Editor in Chief Informacije MIDEM Iztok Sorti, M.S.E.E. 88 UDK621.3: (53+ 54+ 621 +66), ISSN0352-9045 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana SILICON RADIATION DETECTORS FOR HIGH RESOLUTION X-RAY SPECTROSCOPY Giorgio U. Pignatel Materials Engineering Department University of Trento, Italy Keywords: radiation detectors. X-ray spectroscopy, high resolution, diagnostic technique, energy resolution Abstract: Radiation detectors fabricated on high resistivity silicon substrates are optimum devices for high resolution X-ray spectroscopy in the energy range 1-20 keV In this paper the principles of operation of pin diode detectors, strip detectors, and drift-chamber detectors are presented. The most important factors that limit their energy resolution are outlined. Different technologies of fabrication are compared, and preliminary results concerning X-ray detectors fabricated at the Institute of Research Science and Technology (IRST) of Trento-ltaly. are reported. Silicijevi detektorji sevanja za spektroskopijo X žarkov z visoko ločljivostjo Ključne besede: detektorji sevanja, X-žarki spektroskopija, iočjivost velika, tehnika diagnostike, ločljivost energijska Povzetek: Detektorji sevanja, izdelani na silicijevem substratu z visoko specifično upornostjo, so idealni elementi za spektroskopijo X žarkov z visoko ločljivostjo v energijskem območju 1 - 20 keV. V tem prispevku obravnavam osnove delovanja "pin", "strip" in "drift chamber" detektorjev. Posebej poudarim najpomembnejše dejavnike, ki omejujejo njihovo energijsko ločljivost. Nadalje primerjam različne tehnologije za njihovo izdelavo, na koncu pa podam preliminarne rezultate tovrstnih detektorjev izdelanih na IRST, Institute of Research Science and Technology, vTrentu, Italija. INTRODUCTION X-ray spectroscopy is widely used as a diagnostic technique in many fields of fundamental and applied research. For any specific application, the core element of the spectroscopic system, i.e., the X-ray detector, has to satisfy different requirements. For example, cosmic X-ray spectroscopy requires a very good energy resolution, say less than 10 eV /1/, while synchrotron radiation experiments find benefit from both good energy resolution and high count rate capability (> 1 MHz). In high energy physics experiments (Matter and Antimatter Colliders) large area silicon detectors are needed with position resolution better than 0.1 millimeters. X-ray computed tomography (ICT), when used as a tool for nondestructive evaluation of large objects such as automobile engine blocks and solid fuel rocket motors, requires detectors with absorption lengths of few centimeters /2/. Automatic X-ray inspection systems are used to detect solder-joint defects on PCB assemblies with components down to a 20-mil pitch, including components with hidden solder joints, such as ball-grid arrays. X-ray detectors are used for dosimetry, nuclear radiation spectroscopy, and computed tomography in medical applications. More recently, portable X-ray fluorescence spectrometers are gaining an increasing interest for in-situ quantitative analysis of concrete materials, soil contamination, waste management and environmental control /3/. PRINCIPLES OF OPERATION Solid state ionization detectors are based on the principle that when a radiation of energy E impinges on a target material with ionization energy Eion < E, it is absorbed by atomic ionization, a process called photo-ionization or photoelectric effect. The amount of almost-free charge produced is proportional to the energy of the incident radiation, and is determined by collecting and measuring the photo-induced current. In semiconductors, the electric current is carried by either electrons and holes. The average number of electron-hole pairs generated by a photon of energy E=hv is = E/e, where e is the energy loss per electron-hole pair production. The ionization energy of a semiconductor is somewhat related to the band gap energy, so that it is slightly temperature dependent. In Si e = 3.62 eV at 300 K, while e = 3.76 eV at 77 K; in Ge s = 2.96 eV at 77K /4/. In principle, low band gap semiconductors are more suitable as ionization detectors, because they would give rise to a higher photo-current signal. In practice, low band gap semiconductors are prone to a higher thermal generation of carriers which, in turn, means higher leakage current, more noise, and ultimately, lower energy resolution. For this reason Ge photodetectors are usually operated at Liquid Nitrogen Temperature (LNT). Assuming a Poisson statistical distribution for the process of electron-hole pair generation, the fluctuation in the number of carriers produced by a single event is c = VN. In practice, since the processes that give rise to the formation of each individual charge 89 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors dN/dE Fig. 1 - Normalized Gaussian distribution exp((E-Eo)2/2a2) the excited absorbing atoms after K or L atomic shell decay /4/. Table I. Selected linear absorption coefficients for X-ray photons in silicon. X-ray Energy [keV] Absorption coeff. [cm"1] Absorption length [nm] 6 341 29 10 78.6 127 16 19.86 503 20 10.35 966 carrier are not independent, the actual observed fluctuation is lower than the expected one by a factor a - VFN, where F, called the Fano factor, is the ratio between the observed variance in N and the Poisson predicted variance (a2 =N) For Si F can be assumed equal to 0.14/5/. If all the generated carriers are collected and the corresponding current is measured, then the resulting peak height is proportional to the energy E. The average measured energy is: = e, and the statistical distribution of E is gaussian. The energy resolution R can be quoted as either: 1) AEfwhm (FWHM = Full Width at Half Maximum) in units of energy [eV], or 2) R (= AEfwhm/) as percentage. Recalling that FWHM = 2.36 a, (see figure 1), we have for the energy resolution: AEfwhm = 2.36 cr e °WN [eV], or R = AEfwhm/E = 2.36 VF/Noc 1/VN These expressions show that the energy resolution is a function of the incident energy E. For this reason it is preferable to quote R at some specified energy (ex: R=300 eV @ 6 keV, or R=5% @ 6 keV). The penetration depth of a radiation of energy E into an absorbing material is determined by Beer's law of absorption: l(x) = l0 exp (-X x) where l0 is the intensity of the incident beam (photons/cm2), X(Z,E) = linear absorption coefficient in units of [cnY1] is a parameter which depends upon the absorbing material, the absorption process, and the radiation energy. 1A is a characteristic absorption length that corresponds to the depth of penetration at which the primary beam is attenuated by 66% (l/l0 = 1/e). As a reference, a list of typical absorption lengths for X-ray photons in silicon is reported in table I. As can be seen, a 0.5 mm thick silicon wafer can absorb almost entirely a 10 keV X-ray, while only about 63% of a 16 keV perpendicularly incident beam is absorbed. In case of a single photon event, l-exp(-Xx) represents the probability that the photon escapes from the absorber. Another mechanism of escape is re-emission of X-rays by PIN DIODE DETECTORS Pin diodes are realized on single crystal Ge or Si wafers of thickness ranging from 200 to 3000 |i.m. One side of the detector is p+ doped, the other side is n+ doped, whilst the bulk is of intrinsic type. The intrinsic semiconductor is obtained by the Lithium ion drift process /4,6/. The acronyms pin stands for p-type-intrinsic-n-type (or p-i-n type) doping. One disadvantage of Li-drifted detectors is that they are quite instable at room temperature, so that they have to be operated, and preferably stored, at Liquid Nitrogen Temperature. Current state-of-the-art Si(Li) detectors have an energy resolution of about 150 eV @ 5.89 keV (55Fe Ka line) and they are used primarily in microanalysis systems combined with Scanning Electron Microscopy (SEM). Radiation detectors operating at room temperature are preferably realized in ultra pure, electronic grade, silicon crystals obtained by Float Zone (FZ) refinement. As grown, ultra pure silicon ingots turn out to be not absolutely intrinsic, but slightly p-type doped. They can be slightly n-type doped with careful fabrication techniques or by neutron transmutation doping (NTD). Typically, the bulk resistivity can range from 2 to 20 KQ-cm, and depending on the type of doping, the corresponding diode detector is named p-rc-n or p-v~n. To simplify the cited nomenclature, here after we will adopt the generic acronyms of "pin" diodes for all those p-n junction devices operating in full depletion mode. A schematic representation of a PIN photodiode is reported in figure 2. When a p-n junction is reverse biased, electron-hole pairs generated inside the depletion region are stripped away from the space charge region and hopefully collected at the p+ and n+ (shallow) contacts. If the junction is operated in full depletion mode, the drift velocity of the almost-free carries is limited only by the saturation velocity of electrons and holes, i.e., about 107 cm/s in silicon. As a consequence, the response time of a fully depleted silicon detector is typically of the order of tens of nanoseconds. In practice, not all the generated carries are collected at the p+/n+ contacts. Some of them are lost 90 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors ... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 because of competitive processes such as charge trapping - which can occur either in the bulk or at the Si02/Si interface - and recombination (i.e., electron-hole annihilation) - which can occur either in the depletion region or in the heavily doped p+/n+ regions. Outside the space charge region, electron-hole recombination is predominant and carrier transport occurs by diffusion. Therefore, ionization events occurring outside the depletion region contribute to decrease the detector efficiency and to increase the response time. 0.1 millimeters can be achieved. In more advanced designs, the back side of the wafer is processed so as to realize microstrips of the same dimensions, but orthogonal, to those of the front side. In this way three-dimen-sional devices are obtained, with a pixel, granularity resolution of less than 0.05 mm in x-y direction, and 0.2-0.3 mm in the z coordinate. After signal processing, these devices can achieve a position resolution of less than 10 jam /8/. Aluminum Oxide X \ Aluminum Incident radiation Fig.2 Schematic representation of a PIN diode detector Owing to the fact that the depletion width W of an abrupt p-n junction is proportional to the inverse square root of the applied potential V (W = V2eV/qN, where e is the dielectric constant = 1.04 pF/cm in Si, q is the elemental charge = 1.602x10"19 C, and N is the substrate doping in units of cm"3), it turns out that, in order to deplete a 500 j.im thick, >5 kQ-cm in resistivity (<1012 dopant atoms/cm3) 7t-type silicon wafer, the p-n junction must be reverse biased at a voltage > 150 V. Hence, the pin diode must sustain a high breakdown voltage while keeping the reverse leakage current low. To accomplish these sped-fications it is necessary to use guard-ring layout structures, and, concurrently, to have a fabrication process that does not degrade the properties of the ultra-pure starting material, i.e., an appropriate technology. For the guard ring topology there are several possibilities. The one adopted in the design of X-ray detectors at IRST is a series of floating rings which sustain a potential degrading from the front center electrode - which defines the active area of the device - towards the outermost front-side electrode, which can be eventually biased at the same potential of the backside contact. More details on the fabrication technology and on the detector layout will be given in the following sections. STRIP DETECTORS Strip detectors are very similar, in principle, to pin diodes, as they are fully depleted devices realized on high resistivity silicon substrates /7/. The main difference is that, instead of having a single collecting electrode, the anode is segmented in a series of microstrips a few tens of microns wide. An example of detector layout is reported in figure 3. Each microstrip is connected to an electronic readout channel. In this way a lateral resolution of less that SÍO2 n+ polysilicon ^ ▼ incident radiation Fig.3 - Silicon strip detector cross-section. One disadvantage of strip detectors is the necessity of a great number of readout electronic channels, that makes the total electronic system quite complicated. Another disadvantage is the high capacitance of the microstrip, that imposes the use of very low noise preamplifiers. Another problem is that, since the electric charge generated inside the detector by the interaction with the incident radiation is not completely localized, the signal is spread out over two or more adjacent strips. For these reasons it is customary to connect one readout channel every group of four or more strips, and to sequentially scan the channels with analog multiplexing. The primary advantage of strip detectors is the possibility to realize detectors with very large active area (several cm2) while preserving a very good position resolution (<0.1 |im). Strip detectors are used primarily as vertex detectors in nuclear physics experiments where high energetic beams are made to collide in a specific point of space. When used for soft X-ray spectroscopy, silicon strip detectors can achieve an energy resolution of 350 eV FWHM @ 5.9 keV, and 2 |is peaking time, when cooled at -5°C /9/. DRIFT DETECTORS The silicon drift detector (SDD, also called Semiconductor Drift Chamber, SDC) was first proposed by Gatti and Rehak in 1984 /10/. SDD is a fully depleted device made on high resistivity n-type silicon wafers with rectifying p + junctions implanted on both sides. The detector is fully depleted of mobile electrons by a suitable potential applied on both sides of the wafer. An electrostatic potential parallel to the surface is superimposed to the depleting vertical one by means of resistive voltage dividers. A schematic view of a drift detector is reported in figure 4. The resulting potential distribution inside the detector drift 91 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors region is shown in figure 5. While holes are swept away by the p+ electrodes close to the point of interaction, electrons generated inside the volume of the detector are drifted along the bottom of the potential valley toward a small collecting anode located to one side, or placed at the center of the detector area in case of circular geometry. In this way the signal produced by the drifting electrons is induced at the anode only when they arrive to a close proximity, so that the collecting time can be very short /11 /. Moreover, the drift time of electrons measures the radial coordinate of the interaction point, as the electric field E and the drift velocity (vd = ,uE) are known. The drift time for a few millimeter wide detector is of the order of microseconds, and the radial position resolution that can be achieved is less than 10 |im /12/. n4 p* p* p» p* Fig.4 - Schematic view of a Si drift-chamber detector. Fig.5 - Potential energy distribution for electrons inside a drift -chamber detector. The advantages of silicon drift detectors are: i) they require a much lower bias to achieve full depletion of the silicon bulk as compared with pin diodes; ii) the anode capacitance is much lower than that of standard junction detectors of the same dimensions. As a consequence, the electronic system noise can be reduced to a much lower level, and the detector can operate with higher energy resolution, higher counting rate, and at higher temperatures. One disadvantage of silicon drift detectors is the rather complicated bias electronic circuitry necessary to distribute the longitudinal parallel potential through the p-h electrodes. One possible solution is to use a single spiral electrode, instead of concentric rings, as reported in reference /13/. ENERGY RESOLUTION The energy resolution of semiconductor detectors depends on two factors: i) the fluctuation in the number of electron-hole pairs generated by the incident radiation, and ii) the fluctuation in the amount of charge effectively collected and detected by the readout (front-end) electronic system. The first factor is inherent with the physics of conversion of radiation energy into electric charge, is described by the Poisson statistics, and poses an intrinsic limit to the energy resolution equal to (FWHM)statistical = 2.36 VFe7E. The second factor is inherent with the physics of electric charge transport and measurement, is determined by the "electronic noise" present in the system, and poses an extrinsic limit to the energy resolution which depends on the circuits and devices employed in the readout electronic system. If each source of fluctuation is independent, then the overall FWHM is the quadrature sum of the FWHM values for each individual source: (FWHM)2total = (FWHM)2statist.cai + (FWHM)2noise + + (FWHM)2drift + .... where the ...dots stand for any other independent source of fluctuation. In the field of radiation detection and measurement, the energy resolution due to electronic noise is customarily expressed in terms of equivalent noise charge (ENC) instead of (FWHM)noise. ENC is defined as the amount of charge which, if applied suddenly to the input terminals of the system, would give rise to a signal to noise ratio S/N = 1, i.e., to an output signal equal to the root mean square (r.m.s.) level of the output due only to noise. Recalling that FWHM = 2.36 0 and Enoise = eENC, we have for silicon at room temperature: (FWHM)noise = (2.36) x (3.6) ENC = 8.5 ENC where (FWHM)noise is expressed in units of eV, and ENC is expressed in units of "electrons r.m.s,". In figure 6, the calculated intrinsic and extrinsic limits to the total energy resolution of silicon detectors at room temperature are reported for different values of the electronic noise. The detector equivalent noise circuit is reported in figure 7. Since the time scale for the release of radiation energy to the absorber is the order of 10~12 seconds, the detector can be represented by a current source giving a pulse of intensity QS(t), where 5(t) Is the delta-Dirac function. The contributions to the noise sources are /14/: 1) the detector leakage current Id, represented by a parallel, white noise, current generator; 2) the dielectric loss, represented by a parallel, frequency dependent, noise current generator; 92 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors ... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 3) the preamplifier thermal input noise, represented by a series, white noise, voltage generator; 4) the 1/f device noise contribution, represented by a series, 1/f, noise voltage generator. 10 oriented, phosphorus doped silicon substrates, with nominal resistivity of 2 kfi-cm, corresponding to a donor concentration of about 2x1012 cm"3. Three different gettering techniques, namely backside phosphorus implantation, phosphorus diffusion from POCI3 source, and phosphorus-doped polysilicon deposition /25/, were implemented in order to compare their effectiveness in reducing the detector leakage current. The basic process flow adopted for the wafers implementing the back-side phosphorus implantation can be described as follows. After initial oxidation at 975°C in dry 94 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors ... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 Si - PROCESS FLOW CHART 1.Screen oxide (dry 02, 975°C, 45 nm) i ........ T 300 jim n-sub 4 ,,, ; 1, „ , , I 2. Mask. Implant B, 30 keV, 5E14/cm2 HUHI n-sub S J J / J J\ 3. Back-side implant P, 120 keV, 5E15/cm2 I p+ p+ p+ n-sub « t t t t t M phosphorus implant 4. Post-implant anneal 700-850°C, N2 5. Mask. Contact opening. p+ p+ p+ 11+ n-sub « T----, O2, the p+ regions were formed by ion implantation of boron (5.0x1014 atoms/cm2, 30keV), using photoresist as a barrier. Having protected the front side with photoresist, the back-side was uniformly implanted with phosphorus (5.0x1015 cm"2, 120 keV), ensuring a good ohmic contact and providing the first type of gettering. A Low Temperature Oxide (LTO) layer was then deposited at 450°C and the post-implant annealing was performed (60 min. in N2 at 850°C). After that, contacts were opened in the oxide and aluminum-silicon (1% Si, 600 nm) was deposited at 400°C and patterned. The back-side of the wafers were then cleaned and a cold aluminum deposition (500 nm) was performed. Finally wafers were sintered in forming gas (5 min. at 400°C). The whole process flow chart is depicted in figure 10. The same basic process sequence was adopted also for wafers to be treated with POCI3 and polysilicon. However, these two gettering techniques required some additional preliminary step to be performed. In fact, after having protected the front side of the wafer with a thick layer of LTO (600 nm), the back-side was treated with a POCI3 predeposition (20 min. at 920°C) followed by a 40 min drive-in at 975°C. Alternatively, an undoped, 200 nm thick, polysilicon layer was deposited at 625°C and then doped by using the same POCI3 predeposition. After getting rid of the excess phosphorus glass, the back-side was protected by a thick layer of LTO, and the front-side passivation layer were removed. From this point on, the process steps coincide with the already described sequence, except, of course, for the back-side phosphorus implantation. EXPERIMENTAL RESULTS Figure 11 shows the measured reverse leakage current of 1.8 mm2 area PIN diodes processed with the three different gettering techniques adopted. The mean leakage current density at 100 ¡am of depletion with (about 20 Vof reverse voltage), averaged over ten samples belonging to the same wafer, is reported, along with the corresponding standard deviation values. As can be seen, extremely low leakage current densities, in the order of 0.1 nA/cm2 as well as good on-wafer process uniformity, were obtained in the case of P-do'ped polysilicon gettering. It is worth noticing that, also for the other two gettering techniques, mean leakage current densities lower than 1 nA/cm2 were measured. By correlating the reverse l(V) characteristics of a PIN diode with the C(V) curve of the same device, it was possible to estimate the generation lifetime of the three devices. The results are reported in table II. 6. Aluminum deposition and patterning. Fig. 10 - Silicon detector's process flow chart. Table II. - Reverse leakage current density (Jdark) and minority carrier lifetime of 1.8 mm2 PIN diodes fabricated with different gettering techniques. Gettering technique Jdark [nA/cm2] life-time [ms] P - implant 0.46+/-0.19 52 POCI3 diffusion 0.40+/-0.19 60 P-doped poly-Si 0.14+/-0.019 172 95 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors More detailed analysis of the experimental results, combined with computer simulation of the layout structures /26/, lead to the conclusion that efficiency of the guard ring structure was partly affected by the presence of an accumulation layer at the SiC>2/Si interface. This accumulation layer is induced by a fixed positive charge in the oxide of density 4x1011 cm"2, a value inferred from experimental C(V) curves obtained on MOS capacitors built on the same test-chip. The presence of such accumulation layer at the Si/SiC>2 interface can produce a premature breakdown in some weakest devices, as reported in figure 12. 0.5 0.4 r-l S 0.3 u < 0.2 ¿0.1 0 □ Average ® Std.Dev. P POC13 P-doped implant poly Fig. 11 - Leakage current density at 100 Hin depletion width of 1.8 mm2 PIN diodes fabricated with different gettering techniques. 0 -10 -20 -30 « -40 u. Q. -50 -60 -70 -80 -90 ^^ " ——— —— - ' \ ----1,2 F-impl. -— 3. POC13 \ . - 4. po!y-back 20 40 60 80 Vback [V] 100 120 140 Fig.12 - Reverse leakage current of 1.8 mm2 PIN diodes fabricated with different gettering techniques. These preliminary results indicate that, with the use of the silicon technology currently available at IRST, it is possible to realize radiation detectors that meet the desired specifications of high breakdown voltage and low reverse leakage current density. Further work is in progress to optimize the device layout structure, and to realize silicon JFETs on the same high resistivity substrate, with the aim to integrate the detector and the first stage of preamplifi-cation on the same chip. lysis systems for many years. Present state-of-the-art Si(Li) detectors exhibit a fairly good energy resolution (150 eV @ 5.9 keV), but they need to be operated at 77K (Liquid Nitrogen Temperature). The requirement of detectors with higher energy resolution and/or able to work at higher temperature has driven the research in the field of silicon radiation detectors in two directions. One is the realization of thermal detectors that operate at very low temperature (<1K), These are called "microcalorimeters" and can achieve an energy resolution AEfwhm <10 eV @ 5.9 keV /27/. The second is the development of 'ionization" detectors that work at room temperature, or at temperatures that can be easily and inexpensively achieved with an electric Peltier cooler (-30°C). In this paper we have presented the principles of operation and the technology of fabrication of the three most common types of ionization detectors - namely pin diodes, microstrip detectors, and drift chambers. All of them are realized on ultra pure (FZ) - high resistivity - single crystal silicon, and are based on the same principle of operation, i.e., the collection of electron-hole pairs generated inside a fully depleted bulk region. Two fabrication technologies have been developed, one based on low temperature processing, and one more CMOS compatible. The energy resolution that can be achieved by these detectors strongly depends on two parameters: i) the reverse leakage current of the detector itself, and ii) the matching of the detector impedance with the readout electronics. Present state-of-the-art silicon technology allows to obtain devices with carrier lifetime of several milliseconds, corresponding to reverse leakage current density of less than 1 nA/cm2. This fulfills the first requirement of having a good energy resolution. Integration of the detector with the readout electronics would in principle meet the second requirement, i.e., matching the detector with the readout electronics. However, this latter solution is still rarely implemented because of the difficulty to preserve the high quality of the starting material along the entire sequence of a whole CMOS process. Recently, promising results with PIN-diode-based detector arrays featuring an integrated readout circuitry on high resistivity Float-Zone silicon have been reported /28/. More recently, Peltier cooled X-ray PIN detectors with energy resolution of 250 eV @ 5.9 keV at -30°C have been made commercially available /29/. In table III some characteristics of various detectors are ■ reported for comparison. Table III. - Energy resolution of silicon X-ray detectors @ 5.89 keV (55Fe Ka line). Detector Area AEfwhm Tempe- Tshape Refe- type [mm2] [eV] rature [MS] rence bolometer 1 <10 <0.1 K 1,000 /1/ Si(Li) 12 150 77K 16 /30/ microstrip 0.1x96 350 -5°C 2 /91 drift chamber 1.5 229 -30°C 6 /19/ pin diode 7 250 -30°C 12 /29/ CONCLUSIONS Conventional Lithium-drifted X-ray silicon detectors (Si(Li)) have been used as diagnostic tools in microana- In this paper, we have focused our attention on the performance of silicon radiation detectors for soft X-ray spectroscopy. However, it is worth mentioning that ioni- 96 G. U. Pignatel: Silicon Radiation Detectors ... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 89-97 zation detectors are sensitive to any kind of ionization radiation, like for example y-rays, fast electrons and positrons, cc-particles. For this reason silicon radiation detectors are widely employed in nuclear physics experiments, where high energy beams of matter and antimatter are made to collide with the aim to investigate the formation of primitive matter in conditions as close as possible to that of the origin of the universe (the so called big-bang). For these applications, a considerable amount of detectors is necessary to fill up a volume of some cubic meters. The realization of these experiments, that pose very stringent requirements to the detectors and to the whole electronics involved, is one of the driving force to further developments of high-resistivity silicon device technology, electronic system design and measurements. ACKNOWLEDGMENTS I wish to acknowledge Prof. G. Soncini for encouraging this research, M. Zen and all the staff of IRST-Trento for processing the wafers and providing the samples, G. Verzellesi and G.F. Dalla Betta for supporting the work with CAD design and simulation. Stimulating discussions with Prof. A. Longoni, E. Gatti, and V. Radeka have been very useful. REFERENCES /1/ D.McCammon et al., (Wisconsin Univ.-NASA): Thermal calorimeters for high resolution X-ray spectroscopy, Nucí, instr. and Meth. A 326 (1993) 157-165. /2/ H.Miyai. S.Kavasakl, H.Kitaguchi and S.lzumi: Response of Sill-con Detector for High Energy X-ray Computed Tomography, IEEE Trans. Nucí. Sci. NS-41 (1994) 999-1003. /3/ S. Piorek: Modern, PC based high resolution portable EDXRF analyzer.... Nucl. Instr. and Meth. A 353 (1994) 528-533. /4/Glenn F.Knoll: Radiation Detection & Measurement, Wiley. New York (1979). /5/A.Longoni, (Politécnico di Milano), private communication. /6/ E.E.Haller et al.. (LBL Berkeley): Lithium Drifted Silicon Detector Fabrication on Gettered Float-Zone Silicon, IEEE Trans. Nucl. Set NS-41 (1994) 1031-1036. /7/ W.Chen et at: Fabrication of Large Area Si Cylindrical Drift Detectors. IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-41 (1994) 941-947. /8/ P.Weilhammer, (CERN): Double-sided SI strip sensors for LEP vertex detectors, Nucl. Instr. and Meth. A 342 (1994) 1-15 /9/ B.Ludewigt et al.. (LBL): A High Rate, Low Noise, X-Ray Silicon Strip Detector System, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-41 (1994) 1037-1041. /10/ E.Gatti and P.Rehak, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. 225 (1984) 608. /11/ G.Bertuccio. M.Sampietro, A.Fazzi: High Resolution X-ray spectroscopy with Silicon Drift Detectors and Integrated Electronics, Nucl. Instr. and Meth. A 322 (1993) 71. /12/ E.Gatti. ... P.Holl, R.KIanner, G. Lutz, A.Wylie, et at. (Max Planck Instituí): Semiconductor Drift Chambers, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-32 (1985) 1204-1208. /13/P.Rehak et al., (Brookhaven Natl. Lab.), IEEE Trans. Nucl. Set NS-36 (1989) 203-209. /14/V. Radeka, (BNL): Low-Noise Techniques in Defectors, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci.. 38 (1988) 217-277. /15/ M.BerfolaccIni, C.Bussolatl, and E.Gatti, Nucl. Instr. and Meth., 41 (1966) 173. /16/ P.W.Nicholson, In Nuclear Electronics, John Wiley & Sons, (1974) 146. /17/ E.Gatti and P.F.Manfredi, Processing the Signals from Solid-State Detectors in Elementary-Particle Physics, Nuovo Cimento. Vol.9-1, (1986). /18/ G.Bertuccio and A.Pullia, Room Temperature X-ray Spectroscopy with a Silicon Diode Detector and an Ultra Low Noise Preamplifier, IEEE Trans. Nucl. Set, NS-41 (1994) 1704, /19/ P.Jalas et at, New Results with Semiconductor Drift Chambers for X-ray Spectroscopy, lEEETrans. Nucl. Sci. NS-41 (1994) 1048. /20/ E.Gatti, P.F.Manfredi, M.Sampietro and V.Spezlall, Suboptlmal filtering of 1/f noise In detector charge measurements, Nucl. Instr. and Meth. A 297 (1990) 467-478. /21/ G.Bertuccio, P.Rehak and D.XI: A Novel Charge Preamplifier Without the Feedback Resistor, Nucl. Instr. and Meth. A 326 (1993) 71-76. /22/ E.PInotti et at, The pn-CCD on-chip electronics, Nucl, Instr. and Meth. A 326 (1993) 85-91 /23/ J.Kemmer, Technischen Univ. Munchen: Improvement of Detector Fabrication by the Planar Process, Nucl. Instr, and Meth. in Phys. Res, 226(1984) 89-93. /24/S.Holland, (LBL): An IC-Compatible Detector Process, IEEE Trans. Nucl. Set NS 36 (1989) 283-289 /25/ M.L.Pollgnano et at: Getterlng Mechanisms In Silicon, J. Appl, Phys, 64 (1988) 869-876 /26/ G.F.DallaBetta, G.Verzellesi, G.U.Pignatel: A Low Leakage Process for Silicon Radiation Detectors, Alfa Frequenza, Vol. 7, No.4 (1995) 52-54. /27/ G.U.Pignatel. M.Zen, Ion Implated Silicon Bolometers Operating in the Temperature Range 0.1-4.2K, The Electrochem. Soc, Proceedings Vol, 95-9 (1995) 385-400. /28/ W.Snoeys et at, (CIS Stanford), PIN Detector Array and Integrated Readout Circuitry on High-Resistivity Float-Zone Silicon, IEE Trans. Nucl. Sci., NS 41 (1994)903-911. /29/ AMPTEK inc., 6 De Angelo Drive, Bedford, MA01730-2204 U.S.A. /30/ INTERTECHNIQUE, Nuclear Instr. and Systems, B.P.101-91943 Les Ulls Cedex -FR Prof. Dr. Giorgio U. Pignatel, University of Trento Materials Engineering Department, Via Mesiano 77, 1-38050 Mesiano TN Italy tel. +39 461 88 1915 fax. +39 461 88 1977 Prispelo (Arrived): 29.08.1995 Sprejeto (Accepted): 08.09.1995 97 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana U D K 621.3: (53 + 54+621+ 66), ISS N0352-9045 MORFOLOGIJA IN SINTERABILNOST PRAHOV Pb(Zro.50Tio.50)03, SINTETIZIRANIH IZ ALKOKSIDNIH KOMPLEKSOV Barbara Malič, Marija Kosec, Drago Kolar Institut "Jožef Stefan", Univerza v Ljubljani, Ljubljana, Slovenija Ključne besede: Pb(Zro.5oTio.5o)03 prahovi, morfologija, sinterabiinost, kompleksi alkoksidni, mikrostrukture, sintranje prahov, raztopine, homogenost, čistost kemijska, velikost delcev Povzetek: Prahove na osnovi Pb(Zro5oTio.5o)03 smo sintetizirali po alkoksidnem sol-gel postopku iz svinčevega acetata in n-propoksidov oziroma n-butoksidov kovin prehoda v matičnih alkoholih. Prahove smo po toplotni obdelavi pri 650°C, 5 ur, mlell, stisnili v tablete In sintrali. Ugotovili smo, da vrsta alkokslda vpliva na morfologijo prahov, porazdelitev poroznosti v surovih tabletah in na sinterabiinost. Morphology and Sinterability of the Pb(Zro.50Tio.50)03 Powders, Prepared from Various Alkoxide Based Complexes Key words: Pb(Zro.soTio so)C>3 powders, morphology, sinterability, alkoxide complexes, mlcrostructures, powder sintering, solutions, homogenlty, chemical purity, particle sizes Abstract: Pb(Zro soTio so)03 powders were prepared by the alkoxide sol-gel processing from anhydrous lead acetate and zirconium and titanium n-propoxldes and n-butoxides in parent alcohol medium. The amorphous precursors were thermally treated at 650°C. 5 hours and milled for various times. The morphology of the as-calcined and milled powders was observed by SEM. It was found that the n-propoxide based powder consisted of strongly bound units or gel fragments of sizes up to 60 mm. Although the milling was successful In lowering the median particle size, the morphology of irregular gel fragments was retained leading to a wide pore size distribution in the green compact. Sintering of the milled n-propoxlde based powder, isostatically pressed at 500 MPa was performed at 1000°C, 2 hours. The density of the ceramics was 96% of the theoretical density. The microstructure contained some large defects due to inhomogeneous density distribution in green compacts. The n-butoxide based powder was composed of loose agglomerates of submlcrometer sized particles that could be easily disintegrated by milling. The green compacts were characterized by a low porosity and a narrow distribution of pore sizes. Sintering of the compacts, isostatically pressed at 500 MPa, led to densities above 99% of theoretical value above 900°C. Uvod V zadnjih letih narašča delež raziskav sintez keramičnih prahov iz raztopin, ki v primerjavi s sintezo v trdnem stanju omogočajo večjo homogenost, kemijsko čistost in sub-mikronsko velikost delcev. Med sinteze iz raztopin uvrščamo tudi alkoksidni sol-gel postopek, ki temelji na reakcijah hidrolize in polikondezacije kovinskih alkoksi-dov/1/. čegrezavečkomponentni sistem, karjevprimeru elektronske keramike običajno, je prva stopnja postopka sinteza heterometalnega alkoksida ali kompleksa iz enostavnih alkoksidov in soli tistih kovin, ki ne tvorijo obstojnih alkoksidov. Pri alkoksidnem postopku je torej vsaj teoretično dosežena homogenost na molekularnem nivoju že v raztopini. Na morfologijo produkta (tanke plasti, vlakna, monoliti, submikronski delci) v splošnem vplivamo z izbiro reaktantov in reakcijskih pogojev. Lastnosti posameznih sestavnih enot keramičnega prahu bistveno vplivajo na potek stiskanja prahu v surovec, na porazdelitev poroznosti v surovcu, na sintranje in torej na mikrostrukturo keramičnega materiala/2/. Kristal iti so najmanjše enote keramičnega prahu. Njihovo velikost določimo na osnovi širitve uklonov rentgenskega spektra. Kristal iti se združujejo v agregate ali aglomerate, odvisno od načina sinteze. Osnovne enote alkoksidno sintetizira- nih prahov so večinoma agregati /1 /. Kristalite v agregatih vežejo močne vezi zaradi česar jih s kompaktiranjem običajno ne moremo porušiti /2/. Aglomerati so skupki kristalitov ali agregatov. S kompaktiranjem jih običajno lahko porušimo. Definicije, velikostni red in načini določitve velikosti enot keramičnega prahu so zbrani v tabeli 1. Tabela 1: Enote keramičnega prahu: definicija, __velikostni red in metoda določitve /2/ Pojem Definicija Velikostni red (nm) Določitev kristallt del mreže s skoraj idealno kristalno strukturo do 10 širitev uklonov rentgenskega spektra, TEM agregat kompakten delec, sestavljen Iz kristalitov 10-100 TEM, SEM, BET aglomerat bolj ali manj porozen skupek kristalitov ali agregatov > 100 TEM, SEM, granulometrija 98 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 98-107 Uporaba kemijsko čistih neaglomeriranlh submikronsklh delcev z ozko porazdelitlvijo velikosti vodi ob ustrezni obdelavi do keramike z visoko relativno gostoto, drob-nozrnato mikrostrukturo In ozko porazdelitvijo velikosti por /3/. Submikronska velikost delcev omogoča, da dobimo keramiko z visoko gostoto pri nižjih temperaturah, kot so značilne za klasično pripravljeno keramiko. Znižanje temperature slntranja je predvsem pomembno za keramiko, ki vsebuje komponente z visokim parnim tlakom, kot na primer PbO v trdni raztopini Pb(ZrxTii-x)C>3, ki je znan piezoelektrik, kjer predstavlja ohranjanje stehiometrije resen problem /4/. Prahove na osnovi PbZr03, PbTl03 in trdnih raztopin Pb(ZrxTii-x)03 smo sintetizirall po alkoksldnem sol-gel postopku Iz svinčevega acetata in n-propoksidov In n-bu-toksldov kovin prehoda v matičnih alkoholih. Ugotovili smo, da vrsta alkoksldne skupine vpliva na plrolizo in krlstallzacljo amorfnlh prekurzorjev. S TGA/EGA analizo smo potrdili, da je n-propoksldni prekurzor Pb(Zro.5oTio.5o)03 po sušenju vseboval večji delež organskih skupin (acetatnih in nehidrolizlranlh alkoksldnih) kot n-butoksidni /5/. Nadalje smo z vrstično elektronsko mikroskopijo opazili, da sestavljajo n-propoksidni prah po sušenju drobci gela brez opazne teksture, medtem ko so osnovne enote n-butoksidnega prahu delci nanometrske velikosti /6/. Pb (OAc)j 3H20 Pb (OAc)j Pb(OAc)2 raztopljen pri 60-65°C BISTRA RUMENA RAZTOPINA (l-x)Ti(OR)4 in x Zr(OR)4 v ROH R = n-propil, n-butil x = 0,5(1 R-OAc v ROH OHLAJANJE DO SOBNE TEMP. HIDROLIZA, Rw = 10 Rw = moli H20/moli Pb(Zr,Ti)03 BELA SUSPENZIJA Amorfne prekurzorje smo segrevali pri 650°C, 5 ur v pretoku kisika. Med toplotno obdelavo je prišlo do termol-ize funkcionalnih skupin in do kristalizacije perovskitne Pb(Zro.5oTio.5o)03 faze /7/. Namen tega dela je bil študirati vpliv vrste alkoksldne skupine na morfologijo in sinterabilnost keramičnih prahov Pb(Zro,5oTio.5C>)03, ki so po sestavi blizu aplikativno zanimivim plezoelektrlkom. Eksperimentalno delo Pri eksperimentalnem delu smo uporabili svinčev acetat hidrat (ultra pur) ter titanov in cirkonijev n-propoksid in n-butoksld v matičnih alkoholih. Vsebnost kovin v alk-oksidih smo določili gravimetrično. Zaradi velike občutljivosti alkoksldov na zračno vlago smo sinteze hetero-metalnih prekurzorjev izvajali v suhi atmosferi argona. Shema sinteze je prikazana na sliki 1. Amorfne prekurzorje smo po sušenju nadalje segrevali pri 650°C, 5 ur v pretoku kisika. Keramične prahove smo mleli v ahatnem mlinu od 5 do 120 minut v matičnih alkoholih in jih nato sušili pri 100°C. Morfologijo prahov smo spremljali z vrstičnim elektronskim mikroskopom (Leitz AMR 1600 T). Porazdelitev velikosti delcev smo merili z granulometrom (Cllas Alcatel). Specifično površino prahov smo določili z BET metodo (Perkin Elmer 212D). Nasipno težo smo določili s tehtanjem znanih volumnov nasutih prahov. Skeletno gostoto smo določili piknometrično v heksanu. Surove tablete iz nemletih In mletih prahov smo stisnili s pritiskom 50 MPa enoosno, nato do700 MPa izostatsko. Vzorce smo sintrali na zraku oziroma v vakuumu do 700°C, nato v kisiku. Hitrost segrevanja je bila 10°C/min., temperature od 700 do 1200°C in časi od 10 minut do 100 SUSENJE PRI 60°C DO KONSTANTNE TEZE SUŠENJE PRI 150°C DO KONSTANTNE TEŽE ŽGANJE V ATMOSFERI 02 (10°C/min) Slika 1. Shema sinteze prekurzorjev trdne raztopine Pb(Zro.5oTio.5o)C>3 ur. Vzorce smo sintrali v zasipnem prahu PbZrC>3 v dvojnih korundnih lončkih. Gostote surovih tablet smo določili na osnovi meritev mase in dimenzij, gostote sintranih tablet pa s pikno-metrom. Porazdelitev poroznosti smo izmerili s porozime-trom (Mlcromeritics Pore Sizer 9310). Vzorce za mikrostrukturno analizo smo jedkali termično (40 do 60 sekund pri temperaturi sintranja) ali z mešanico HCI/HF. Povprečni ekvivalentni premer zrn smo določili na podlagi približno 200 meritev površine posameznih zrn. Rezultati in diskusija Slika 2 prikazuje n-propoksidni prah po žganju pri 650°C, 5 ur pred mletjem In po različnih časih mletja, slika 3 pa rezultate granulometričnih analiz. Žgani prah sestavljajo nepravilno oblikovani drobci, veliki od nekaj do približno 60 fim, s srednjo vrednostjo pri 40 jim. Po 5 minutnem mletju pride do izrazitega zmanjšanja velikosti največjih delcev do 20 (im, z mediano pri 6 |im. Po 2 urah mletja je 99 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 98-107 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov . Slika 3: Porazdelitve velikosti delcev n-propoksid-nega prahu po žganju pri 650°C, 5 ur, pred mletjem in po mletju 5 in 120 minut d (pm) Slika 2: Mikroskopski posnetki n-propoksidnega prahu po žganju pri 650°C, 5 ur a) pred mletjem in po mletju b) 5 in c) 120 minut Slika 5: Porazdelitve velikosti delcev n-butoksidnih prahov po žganju pri 650°C, 5 ur, pred mletjem in po mletju 5 in 120 minut srednja vrednost velikosti delcev 1 |im. Z 2 urnim mletjem toplotno obdelanega prahu sicer dosežemo približno mikrometrsko velikost delcev, vendar z morfologijo nepravilnih drobcev. N-butoksidni prah sestavljajo aglomerati submikronskih delcev - agregatov (Slika 4). Velikost aglomeratov sega do 20 |im, kot je prikazano na sliki 5. Po 120 minutah mletja je srednja vrednost velikosti aglomeratov pod 1 (im z ozko porazdelitvijo velikosti (Slika 5). Na osnovi meritev specifične površine smo v 2 uri mletem prahu ob predpostavljeni sferični geometriji določili velikosti agregatov (Tabela 2). 100 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 98-107 Slika 4: Mikroskopski posnetki n-butoksidnih prahov po žganju pri 650°C, 5 ur A pred mletjem in po mletju b) 5 in c) 120 minut Tabela 2: Specifična površina in velikost agregatov v n-propoksidnem in n~butoksidnem prahu po mletju 120 minut spec. površina premer agregata (m2/g) (Hm) n-propoksid 2.3 0.33 n-butoksid 6.6 0.11 Rezultati meritev velikosti aglomeratov, agregatov in kristal ¡tov (v skladu z definicijami, navedenimi v Tabeli 1) za n-propoksidni in n-butoksidni prah so zbrane v Tabeli 3. Velikost osnovnih kristalitov smo določili na osnovi širitve karakterističnih uklonov v rentgenskih spektrih /8/. Velikosti osnovnih kristalitov so v obeh prahovih podobne, od 30 do 40 nm. Velikosti agregatov so v n-propoksidnem prahu za faktor 3 večje kot v n-butoksidnem. Aglomerati so v obeh prahovih veliki do nekaj |im. Tabela 3: Ocena velikosti sestavin prahu po 2 urah mletja sestavine n-propoksidni n-butoksidni metoda prahu d povpr. (um) d povpr. (|iim) določitve kristal iti 0.04 0.03 XRD agregati 0.3 0.1 BET aglomerati 0.4 - 3 0.2-2 SEM, granulometer Vpliv velikosti in porazdelitve velikosti aglomeratov ter jakosti vezi znotraj aglomeratov na obnašanje prahu med hladnim stiskanjem smo zasledovali z merjenjem gostote, porazdelitev velikosti por in poroznosti v surovcih iz n-pro-poksidnega in n-butoksidnega prahu po toplotni obdelavi. Primerjali smo nemleti prah in prah po 120 minutah mletja. Najboljše rezultate pri stiskanju surovcev smo po preliminarnih poskusih z vrsto veziv, ki jih običajno uporabljamo pri pripravi keramike /9/, dobili brez uporabe veziva, s čimer smo se dodatno izognili stopnji odstranjevanja veziva. Slika 6: Porazdelitev poroznosti v surovcu iz ne- mletega n-propoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja 101 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 98-107 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov . Surovec iz nemletega n-propoksidnega prahu, stisnjen s 100 MPa doseže 55, stisnjen s 300 MPa pa 61 % teoretične gostote (Tabela 4). Surovci, stisnjeni z višjimi pritiski, so razpadli. Slika 6 prikazuje porazdelitev poroznosti v surovcih, stisnjenih s 100 in 300 MPa. Porazdelitev poroznosti v obeh surovcih je bimodalna. V surovcu, stisnjenem s 100 MPa, ločimo populacijo por med 4.5 in 0.2 jim in med 0.09 in 0.01 jim. V surovcu, stisnjenem s 300 MPa, ločimo pore med 2 in 0.2 ¡im ter med 0.09 in 0.01 jim. V skladu z literaturo/10,11/so večje pore med aglomerati, manjše pa pore znotraj aglomera-tov. Na osnovi modela Lija in sodelavcev /10/smo v n-propok-sidnih surovcih ocenili gostoto aglomeratov po enačbi (1) in delež poroznosti med aglomerati po enačbi (2). Rezultati kažejo, da n-propoksidni surovec sestavljajo močni, gosti aglomerati, ki jih s pritiskom 300 MPa ne moremo porušiti. Z višjimi pritiski pride do razpada surovca in ne do preurejanja agregatov. Obnašanje n-propoksidnega surovca je značilno za prah, vezan v močne aglomerate/2,10,11/. Nadalje smo karakterizirali tudi surovce iz 2 uri mletega n-propoksidnega prahu. Odvisnost gostote od pritiska stiskanja prikazuje slika 7. Gostota surovcev zvezno narašča od 50 do 57 % teoretične gostote pri pritiskih od 50 do približno 500 MPa, pri 600 MPa pa pride do povečanja gostote do 63 % teoretične gostote. Tak tip obnašanja razložimo s preurejanjem aglomeratov v območju do 500 MPa in rušenjem aglomeratov v agregate in nadaljnim pakiranjem agregatov v odmočju nad 500 MPa /10/. ' teor 1+P teorXVl (1) pa: gostota aglomerata (gcirf3) pteor: teoretična gostota snovi (za Pb(Zro,5oTio.5o)03 je 8.0 gcirr3) Vi: volumen por znotraj aglomeratov (cm3g~1) (2) c= Pa><^2 1+ p2xV2 e: delež poroznosti med aglomerati (/) Mz volumen por med aglomerati (gcrrf3) Gostota aglomeratov in delež poroznosti med aglomerati za n-propoksidna surovca, stisnjena s 100 in 300 MPa, so zbrani v tabeli 4. 0 100 200 300 400 500 600 700 P (MPa) Slika 7: Gostota surovcev iz 2 uri mletega n-propoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja Tabela 4: Gostota surovcev p, gostota aglomeratov pa in delež poroznosti e med aglomerati v surovcih iz nemletega n-propoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja p i (gcm ) % TG Pa _ (gcm J) % TG e <%) 100 4.4 55.0 6.6±0.1 82.5 29 300 4.9 61.3 6.7±0.1 83.8 18 Delež poroznosti med aglomerati z naraščajočim pritiskom stiskanja pada od 29 do 18% za 100 oziroma 300 MPa. Gostota aglomeratov je skoraj neodvisna od pritiska stiskanja, znaša 6.6 gcm"3 oziroma 83 % teoretične gostote materiala. Z naraščajočim pritiskom dosežemo samo gostejše pakiranje aglomeratov, kar na diagramu poroznosti (Slika 6) opazimo kot zmanjšanje kumulativnega volumna večjih por. 0.12' 13 o.i 0.06- a 0.04 3 6 3, 0.02 100 700 MPa 10 1 0.1 premer por (pm) 0.01 0.001 Slika 8: Porazdelitev poroznosti v surovcih iz 2 uri mletega n-propoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja 102 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 98-107 Porazdelitve poroznosti v surovcih iz 2 uri mletega n-pro-poksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja so prikazane na sliki 8. Porazdelitev poroznosti v surovcu, stisnjenem s 100 MPa, je široka, v območju od 0.4 do 0.04 |a.m. Z naraščajočim pritiskom se zmanjša predvsem volumen por, medtem ko porazdelitev velikosti por ostaja široka, kar je pač posledica relativno široke porazdelitve velikosti in nepravilne oblike delcev v izhodnem prahu. Porazdelitve poroznosti surovcev iz mletega prahu se ujemajo z rezultati karakterizacije prahov, da smo z mletjem zmanjšali velikost aglomeratov. V primerjavi z nemle-tim prahom smo v surovcih iz mletega prahu dosegli precej bolj enakomerno porazdelitev poroznosti. Slika 9 prikazuje dinamične krivulje sintranja surovcev iz nemletega, 5 minut in 120 minut mletega n-propoksid-nega prahu. Krivulja sintranja surovca iz nemletega prahu kaže povečanje relativne gostote* za približno 10% v temperaturnem intervalu od 1000 do 1080°C, z nadaljnim segrevanjem do maksimalne temperature 1170°C krčenja ni več. Surovec iz 5 minut mletega prahu se začne zgo-ščevati pri 970°C in doseže pri 1200°C 70% teoretične gostote. Zgoščevanje 120 minut mletega prahu poteka v intervalu od 870 do 1100°C do 94% teoretične gostote. nadaljnje zgoščevanje, torej odstranjevanje termodinam-sko stabilnih, velikih por je potreben bistveno daljši čas /14/. Hi \> >• Slika 10: Mikrostruktura n-propoksidnega Pb(ZrosoTio.5o)03 po žganju pri 12.00"C, 2 uri-(surovec stisnjen s 100 MPa) 90- H 60- Slika 9: Dinamične krivulje sintranja n-propoksidnih surovcev, stisnjenih s 100 MPa. Prah je bil nem let ali mlet 5 in 120 minut Primerjava krivulj sintranja pokaže, da z daljšim časom mletja prahov dosežemo nižjo temperaturo začetka zgoščevanja in večjo končno gostoto keramike glede na mleti prah. Sintranje surovca iz nemletega n-propoksidnega prahu pri 1200°C, 2 uri, vodi do keramike s 75% teoretično gostoto. Slika 10 prikazuje polirano površino sintranega vzorca. Mikrostruktura sestavljajo skoraj gosta področja z ohranjeno nepravilno morfologijo prahu, ki jih obkrožajo velike, iečasto oblikovane pore. Mikrostruktura lahko pojasnimo z modelom Haberka /13/, po katerem poteče zgoščevanje znotraj aglomeratov hitro, celo v minutah. Za * gostota keramike je bila preračunana iz skrčkov po enačbi v /12/. Surovce iz 2 uri mletega n-propoksidnega prahu (P=500 MPa) smo sintrali pri 1000°C, 2 uri. Keramika je imela 96% teoretične gostote. Slika 11 prikazuje jedkano površino keramike.V mikrostrukturi so poleg por, katerih velikost je primerljiva z velikostjo zrn okrog 1 |im, tudi redki 10-20 (im veliki defekti. Prisotnost večjih defetktov je posledica široke porazdelitve poroznosti v surovcu. Lange navaja, da je prisotnost velikih defektov v mikrostrukturi razlog za doseganje končnih gostot, nižjih od teoretične vrednosti /15/. Nadalje smo primerjali stiskanje surovcev in sinterabilnost n-butoksidnega prahu pred in po mletju. Odvisnost gostote surovcev od pritiska stiskanja je prikazana v tabeli 5. Gostota narašča od 43 do 54 % teoretične gostote pri §Ml fffflm Slika 11: Mikrostruktura keramike iz n-propoksidnega 2 uri mletega prahu po sintranju pri 1000°C, 2 uri, O2 (surovec stisnjen s 500 MPa) 103 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 98-107 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov . pritiskih od 100 do 500 MPa. Gostote surovcev iz n-bu-toksidnega prahu so precej nižje od gostot surovcev iz nemletega n-propoksidnega prahu. Slika 12 prikazuje porazdelitev poroznosti v surovcih iz nemletega n-butoksidnega prahu. Kumulativni volumni por padajo od 0.16 do 0.10 cm3/g sorazmerno z naraščajočim pritiskom stiskanja od 100 do 500 MPa. Tudi srednja velikost por pada z naraščajočim pritiskom od 0.17 do 0.05 |i.m. 0.16 0.14-0.12 0.1-0.08-0.06 0.04 0.02 100 MPa Pooo 100 500 MPa 10 1 0.1 premer por (}im) 0.01 0.001 Slika 12: Porazdelitev poroznosti v surovcih iz nemletega n-butoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja Tabela 5: Gostota surovcev p, gostota aglomeratov pa in poroznost e med aglomerati v surovcih iz nemletega n-butoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja P/M Pa p -i (gcm ) % T.G. Pa , (gcm ) %TG £ (%) 100 3.5 43.5 5.4 68 35 300 3.8 47.5 - - - 500 4.3 53.8 - - - 0 100 200 300 400 500 600 700 P (MPa) Slika 13: Gostota surovcev iz 2 uri mletega n-butoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja Porazdelitev poroznosti surovca, stisnjenega s 100 MPa, je neizrazito bimodaina, s populacijo večjih por do velikosti 0.15 |am in 40% por velikosti od 0.1 do 0.006 (im. Gostota aglomeratov v surovcu, stisnjenem s 100 MPa, izračunana po enačbi (1), je 68 % teoretične gostote in poroznost med aglomerati 35% (Tabela 5). V surovcih, stisnjenih z višjim pritiskom, je porazdelitev poroznosti unimodalna. Obnašanje n-butoksidnega prahu med hladnim stiskanjem je značilno za prah, ki ga sestavljajo šibki, porozni aglomerati. Le-ti razpadejo ob aplikaciji pritiska, z nadalj-nim večanjem pritiska pride do preurejanja agregatov v čedalje gostejšo strukturo /16/. V primerjavi z nemletim n-propoksidnim prahom, stisnjenim s 100 MPa, in gostoto aglomeratov 83% teoretične gostote (glej Tabelo 4), je gostota aglomeratov v n-butoksidnem prahu precej nižja. Nadalje je za n-bu-toksidne surovce značilna precej ožja porazdelitev velikosti por kot za n-propoksidne. Naraščanje gostote surovcev iz mletega n-butoksidnega prahu je pri pritiskih od 100 do 700 MPa linearno, od 43 do 58 % teoretične gostote (Slika 13). Gostote surovcev so podobne vrednostim za nemleti n-butoksidni prah, podanim v tabeli 5. 0.18 10 MPa Slika 14: Porazdelitev poroznosti v surovcih iz 2 uri mletega n-butoksidnega prahu v odvisnosti od pritiska stiskanja 104 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 98-107 Porazdelitve poroznosti v surovcih iz mletega n-butoksid-nega prahu, stisnjenih s 50, 100, 300 in 500 MPa so prikazane na siiki 14. Za krivuljo, ki prikazuje kumulativni volumen por v surovcu, stisnjenem s 50 MPa, je značilna rahlo bimodalna porazdelitev poroznosti. Porazdelitev poroznosti in velikosti por v vzorcu, stisnjenem s 100 MPa je unimodalna, z večino por med 0.1 in 0.04 ¡j.m. Z naraščajočim pritiskom stiskanja se tako volumen kot srednji premer por manjšata, pri 500 MPa je kumulativni volumen por 0.07 cm3/g oziroma enkrat manjši kot pri 100 MPa. Srednji premer por se zmanjša od 0.07 na 0,04 jjm Na osnovi rezultatov sodimo, da so bili v prahu prisotni rahli aglomerati, ki jih s pritiskom 50 MPa nismo uspeli popolnoma porušiti. Krivulje vzorcev, stisnjenih s 100 do 500 MPa so unimodalne, na osnovi česar sodimo, dasmo z uporabljenimi pritiski uspeli porušiti aglomérate ter da so v surovcih prisotni le agregati. Z naraščajočim pritiskom stiskanja dosežemo čedalje gostejše pakiranje agregatov. Rezultati so primerljivi z navedbami v literaturi o hladnem stiskanju prahov, sestavljenih iz rahlih aglom-eratov /2,10,16/. Slika 15 prikazuje krivulje sintranja n-butoksidnih prahov pred in po mletju. Surovci so bili stisnjeni s 100 MPa. Začetek zgoščevanja nemletega n-butoksidnega prahu je pri 1000°C. V temperaturnem intervalu do najvišje temperature 1170°C se gostota poveča na 75% teoretične gostote. Za surovca iz 5 in 120 minut mletega prahu je značilno izredno intenzivno krčenje v ozkem temperaturnem intervalu okrog 1000°C. Doseženi gostoti presegata 95% teoretične gostote. 100 90-80- d H 70-ŽČ 60- 40-1-1-.-1-1--.-1-■-1-'-1-1-.— 0 200 400 600 800 1000 1200 T(oC) Slika 15: Dinamične krivulje sintranja n-butoksidnih surovcev, stisnjenih s 100 MPa. Prah je bil nemlet ali mlet 5 in 120 minut Surovce iz nemletega n-butoksidnega prahu, stisnjene s 100 MPa, smo sintrali pri 1200°C, 2 uri. V mikrostrukturi (Slika 16a), so med gostimi področji prisotne pore, velike do nekaj 10 (im, ki so posledica neenakomerne porazdelitve gostote v surovi tableti. Mikrostruktura keramike iz nemletega prahu, stisnjenega s 500 MPa, po sintranju pri 1000°C, 2 uri, je prikazana na sliki 16b. Gostoti obeh tablet sta bili nad 90 % teoretične gostote. Že pri 200°C nižji temperaturi sintranja je v mikrostrukturi izrazito manj večjih por v primerjavi z mikrostruturo keramike, kjer je bil pritisk stiskanja 100 MPa, Razliko pripisujemo ožji porazdelitvi velikosti por oziroma enakomernejši porazdelitvi gostote v surovcu, Surovce iz 2 uri mletega n-butoksidnega prahu, stisnjene s 500 MPa, smo sintrali 1 uro od 850 do 1000°C. Podatki o gostoti keramike, sintrane v tem temperaturnem intervalu so zbrani v tabeli 6. Nad 900°C je imela keramika gostoto nad 98% teoretične gostote. Tabela 6: Gostota keramike iz 2 uri mletega n-butoksid-nega prahu, sintrane 1 uro pri različnih temperaturah T(°C) P (gcrrT3) % teoretične gostote 850 7.1 89 900 7.89 98.6 950 7.98 99.8 1000 7.93 99.1 Slika 16: Mikrostruktura keramike iz nemletega n-butoksidnega prahu po žganju pri a) 1200°C, 2 uri (surovec stisnjen s 100 MPa) in b) 1000°C, 2 uri (surovec stisnjen s 500 MPa) Tabela 7 prikazuje odvisnost gostote in velikosti zrn keramike od časa sintranja pri 1000°C. Dosežene gostote presegajo 98%. Povprečna velikost zrn keramike, sintrane od 10 do 120 minut je 1.3 jj,m, tudi porazdelitve velikosti zrn so primerljive. Po 6000 minutah pri 1000°C je povprečna velikost zrn 2.1 |xm, s standardno deviacijo 0.42 |im. Dejstvo, da se velikost zrna s časom sintranja od 10 do 480 minut ne spreminja, poskušamo razložiti z razlago, da je do rasti zrn prišlo že med segrevanjem, saj se intenzivno zgoščevanje po dinamični krivulji sintranja začne pri 970°C. 105 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 98-107 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov . 100 m m b Sklepi Študirali smo morfologijo in sinterabilnost keramičnega prahu Pb(Zro.5oT¡o.5o)C>3 sintetiziranega iz različnih alkok-sidnih kompleksov in toplotno obdelanega pri 650°C, 5ur v kisikovi atmosferi. Za prah, sintetiziran iz n-propoksid-nega kompleksa, je značilna široka porazdelitev velikosti nepravilno oblikovanih delcev od 1 do 60 |_im, ki jih s stiskanjem v oblikovanec ni bilo mogoče razbiti. Z dodatnim mletjem prahu sicer dosežemo zmanjšanje velikosti delcev (srednja vrednost pri 1 jim), ne vplivamo pa na osnovno morfologijo praha. Porazdelitev velikosti por v oblikovancu iz 2 uri mletega n-propoksidnega prahu, stisnjenega s 500 MPa, je relativno široka, od 0.15 do 0.01 jim. Keramika iz mletega prahu, sintrana 2 uri pri 1000°C v kisiku, doseže 96% teoretične gostote. Nemlet n-butoksldni prah je sestavljen iz 100 nm velikih agregatov, združenih v šibke aglomerate. Z dodatnim mletjem dosežemo ožjo porazdelitev velikosti aglomera-tov. Porazdelitev velikosti por v oblikovancu iz mletega prahu, stisnjenem s 500 MPa, je ozka, od 0.05 do 0,01 |i.m. Sintranje pri 1000°C vodi do keramike z 99% teoretične gostote in enakomerno mikrostrukturo z 1.2 jim zrni. i i■ Slika 17; Mikrostruktura keramike iz 2 uri mletega n-butoksidnega prahu, sintrane pri 1000°C, O2, 120 minut, a) polirana in b) jedkana površina Slika 17 prikazuje polirano in jedkano površino popolnoma goste keramike iz mletega n-butoksidnega prahu po sintranju pri 1000°C 120 minut. Na polirani površini ni defektov, kar je posledica enakomernega pakiranja neaglomeriranih delcev. Povprečna velikost zrn je 1.2 jim. Tabela 7: Gostota in povprečna velikost zrn keramike iz mletega n-butoksidnega prahu v odvisnosti od časa sintranja pri 1000°C t (min) P (gcn-f3) % TG d (um) a (um) 10 7.85 98 1.29 0,39 60 7,93 99,1 - - 120 7,93 99.1 1.24 0,40 480 - - 1.24 0.41 6000 7.95 99.4 2.05 0.42 Opisani rezultati kažejo, da vrsta alkoksida pri sintezi prahu izrazito vpliva na morfologijo keramičnih prahov -velikost in porazdelitev velikosti delcev, stopnjo aglomeri-ranosti in na njihovo sinterabilnost. Viri /1/ C. J. Brinker, G, W. Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-gel Processing, Academic Press, San Diego, (1990). /2/ R. Pampuch, K. Haberko. Agglomerates in Ceramic Micropow-ders and Their Behaviour on Cold Pressing and Sintering, Mater. Sci. Monographs i£: Ceramic Powders, P. Vincenzini (Ed.), (Elsevier, Amsterdam), 623 - 634 (1983). /3/ W. H. Rhodes, Agglomerate and Particle Size Effects on Sintering Yttria-Stabilized Zirconia, J, Am, Ceram. Soc., M, 19-22 (1981) /4/ A. I. Kingon, P, J. Terblanche, J. B. Clark, The Control of Composition, Microstructure and Properties of Pb(Zr,Ti)03 Ceramics, Mater, Sci, Eng., II, 391 - 397 (1985), /5/ B. Malic, M. Kosec, B. Orel, Effect of precursor type on the crystallization of alkoxide derived lead zirconate, sprejeto v ob-javo v Silicates Industriels. /6/ B. Malic, M, Kosec, Electron Microscope Study of Alkoxide-De-rived Compositions within the PbZr03 - PbTi03 Phase Diagram, J. Sol-Gel Science and Technology, 2,(1994), 443 - 446. /7/ B. Malic, Disertacija, (Univerzav Ljubijani, 1989), /8/ J. S. Reed, Introduction to the Principles of Ceramic Processing, Wiley, New York, (1988). /9/ M. Li, D, Hu, Z, Chi, Determination of Agglomerate Strength in Zirconia Powders, Ceramic Transactions 22: Ceramic Powder Science IV, S.Hirano, G, L, Messing, H, Hausner (Eds,), 377- 385 (1991). /10/ J. L. Shi, J. H. Gao, Z. X. Lin, D. S. Yan, Effect of Agglomerates in Zr02 Powder Compacts on Microstructural Development, J. Mater. Sci., 22, 342-348 (1993), 106 B. Malič, M. Kosec, D. Kolar: Morfologija in sinterabilnost prahov Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 98-107 /11/ M. J. Readey, R.-R. Lee, J. W. Halloran, A. H. Heuer, Processing and Sintering of Ultrafine MgO - Zr02 and (Mg0,Y203) - Zr02 powders, J. Am. Ceram. Soc.. 73. 1499 - 503 (1990). /12/ D. Kolar, Tehnična keramika, ZRŠŠ, (1993), pogl. 6. /13/ K. Haberko, Characterization and Sintering Behaviour of Zirconia Ultrafine Powders. Ceramurgia Int. 5, 148 - 154, (1979). /14/ M. P. Harmer, Science of Sintering as Related to Ceramic Powder Processing, Ceramic Trans. l:Ceramic Powder Sci. II, G. Messing, E. R. Fuller, H. Hausner (Eds.), 824-839, (1988). /15/ F. F. Lange, Formation of Crack - Like Voids and Agglomerate Mobility due to Differential Sintering, Mater. Sci. Monographs 16: Ceramic Powders, P. Vincenzini (Ed,), (Elsevier, Amsterdam), 635-649 (1983), /16/ M, A. C. G. Van de Graaf, A. J. Burggraaf, Wet-Chemical Preparation of Zirconia Powders: Their Microstructure and Behaviour, Adv. In Cer. 12: Science and technology of Zirconia II, N. Claussen, M. Ruhle, A. H, Heuer (Eds.). 744 - 765, (1984). dr. Barbara Malič, dipl. ing., dr. Marija Kosec, dipl. ing., prof. Dr. Drago Kolar, dipl. ing., Odsek za keramiko, Institut Jožef Stefan, Univerza v Ljubljani Jamova 39, Ljubljana, Slovenija tel. +386 61 1773 900 fax: +386 61 1261 029 Prispelo (Arrived): 28.7.1995 Sprejeto (Accepted): 29.8.1995 Zahvala Članek predstavlja del doktorskega dela Barbare Malič, ki ga je v okviru akcije 2000 mladih raziskovalcev omogočilo Ministrstvo za znanost in tehnologijo Republike Slovenije. 107 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana U D K 621.3: (53 + 54+621+ 66), ISS N0352-9045 PREISKAVE DEBELOPLASTNIH UPOROV Z VISOKIMI FAKTORJI GAUGE Ključne besede: upori debeloplasfni, GF gauge faktorji, TEM mikroskopija elektronska, mikrostrukture, R11O2 oksid rutenija, analize impedanc. TCR koeficienti uporov temperaturni, EÜ2FÍU2O7 Povzetek: Mikrostrukture nekaterih komercialnih debeloplastnih uporov z nizkimi in visokimi faktorji gauge smo preiskali s transmisijskim elektronskim mikroskopom. Posnetki sp pokazali značilno razliko med mlkrostrukturo uporovnih materialov z nizkih oziroma visokim faktorjem gauge. Bolj homogen material z veliko majhnih delcev prevodne faze. ki so blizu skupaj, ima nizek faktor gauge, manj homogen, kjer so delci prevodne faze bolj oddaljeni drug od drugega, pa visok faktor gauge. Rezultati kažejo, da ima mlkrostruktura debeloplastnih uporov večji vpliv na velikost faktorjev gauge kot sama sestava prevodne faze. Nekaterim uporovnim materilom, žganim na dielektrlkih za večplastna vezja, so močno narasli faktorji gauge, hkrati pa so se povišale plastne upornosti in temperaturni koeficienti upprnosti. Preiskave s kompleksno Impedančno analizo so nakazale, da med žganjem steklasta faza difundirá iz dleiektrika v upor in mu spremeni električne karakteristike. Investigations of Thick Film Resistors with High Gauge Factors Keywords: thick film resistors, gauge factors, GF, TEM, Transmission Electron Microscopy, microstructures, RuOa ruthenium oxide, impedance analysis. Temperature coefficient of resistivity, TCR, Bi2Ru207 Abstract: The gauge factors (GF) of thick film materials are higher than those of thin metal films and lower than those of semiconductors. Due to their stability and the low iemperature coefficient of resistivity (TCR) of thick film materials strain gauges realised in thick film technology offer advantages in some applications over both metal film (low GF. low TCR) and semiconducting elements (hip GF. high TCR). The gauge factors of thick film resistors depend on a conductive phase In the resistor materia! and increase with increasing sheet resistivity. Gauge factors of thick film resistors based on ruthenates (Bi2Ru207 or Pb2Rii20e5) are usually higher than those of resistors based on R11O2. However, investigation of microstructure of thick film resistors with low and high GF by TEM indicated, that the microstructure of materials plays an Important role. Regardless of the composition of the conductive phase the materials with low gauge factors have many small grains of conductive phase embedded in glass matrix while resistors with high gauge factors have less conductive particles in a given volume of material, and therefore a larger average distance between conducting sites. This is also In accordance with the fact that the gauge factors of thick film resistors increase with increasing sheet resistivity. Higher sheet resistivities mean a lower concentration of the conductive phase, i.e. less particles in a given volume of material and therefore a larger average distance between conducting sites. The reason why RL1O2 based resistors have ordinarily lower GF is probably the following; R11O2 powders for thick film resistors are customarily prepared by precipitation of ruthenium compounds, e.g. ruthenium hydroxide from a solution of Ru bearing compounds, while ruthenates are made by high temperature reaction between R11O2 and, for example, Bi203, and then milled to decrease particle size. Therefore It is (comparatively) easier to prepare very fine grained Ru02 powder with a particle size of a few tens of nanometers than fine grained ruthenate powder. When resistor pastes are fired on or under multilayer dielectrics Instead of on alumina substrates, the interaction between the resistor and multilayer materia! changes the electrical characteristics of the resistors (usually for the worse, as they are optimised for firing on alumina). The possibility of increasing gauge factors of thick film resistors in this way was Investigated. For some resistors, fired on multilayer dielectrics, GF increased over 30. However, sheet resistivities, TCR and noise indexes also Increased. Examinations with complex Impedance analysis, Indicated the diffusion of glass phase from multilayer dielectric Into resistor during firing. This phase "dilutes" the conductive phase In resistor resulting in increased gauge factors, sheet resistivities and noise indexes. * V o Hrovat, Darko Belavič , Goran Dražič, Janez Institut Jožef Stefan, Univerza v Ljubljani, Ljubljana,Slovenija * HIPOT Hybrid, Šentjernej UVOD dR/R = d + d l/l - dš/š + dd/d Pri mehanski obremenitvi se električnemu prevodniku spremeni upornost. Ta sprememba upornosti je delno posledica deformacije, to je spremembe dimenzij, delno pa posledica spremembe specifične upornosti zaradi sprememb v mikrostrukturi materiala /1/. Deformacija je relativni podaljšek ali skrček pod vplivom mehanske napetosti. Sprememba upornosti upora dolžine I, širine š in debeline d (presek upora je produkt širine in dolžine) pri obremenitvi je: Faktor gauge materiala GF je definiran kot razmerje med relativno spremembo upornosti in relativno deformacijo. Vrednost faktorja gauge zaradi sprememb dimenzij upora pri deformaciji je med 2 in 2,5, višji faktorji gauge pa so Sprememba upornosti upora zaradi deformacije je vsota "mikrostrukturnega" prispevka (prvi člen enačbe - sprememba specifične upornosti d(j)/2 velikosti do 200 nm. Na sliki 6 je mikrostruktura upora HS 8039 na osnovi rutenata. V stekleni fazi so zrna Bi2Ru20z velikosti do 200 nm in nekaj večjih, do 400 nm, zrn Pb2Ru2C>6,5. Slika 5: Mikrostruktura upora R 8241 z visokim faktorjem gauge (GF= 16). Uporovni material je na osnovi rutenijevega oksida. V stekleni matriki so zrna RuO2 velikosti do 200 nm. R - zrna RuC>2 G - steklasta faza Posnetki s TEM kažejo na značilno razliko med mikro-strukturo uporovnih materialov z nizkih oziroma visokim faktorjem gauge. Prevodni delci v uporu z nizkim faktorjem gauge (HS 8041 na osnovi RuC>2) so majhni in blizu skupaj, v uporih z visokim faktorjem gauge (HS 8039 na osnovi Bi2Ru207 in R 8241 na osnovi RuC>2) pa so delci za razred večji in bolj oddaljeni drug od drugega. Dvodimenzionalna struktura teh dveh tipov mikrostruktur je shematično predstavljena na sliki 7. Krogci predstavljajo zrna prevodne faze v steklu. Slika 6: Mikrostruktura upora HS 8039 z razmeroma visokim faktorjem gauge (GF= 11). Uporovni material je na osnovi bizmutovega rutenata. V stekleni matriki so zrna Bi2Ru20i velikosti do 200 nm. B - zrna Bi2Ru207 P - zrna Pb2Ru20e,5 G - Steklasta faza Slika 7: Shematična dvodimenzionalna struktura dveh tipov mikrostruktur debeloplastnih uporov z visokimi (zgoraj) in nizkimi (spodaj) faktorji gauge. Krogci predstavljajo zrna prevodne faze v steklu. Prevodni delci v uporu z nizkim faktorjem gauge so majhni in blizu skupaj, v uporih z visokim faktorjem gauge pa so delci za razred večji in bolj oddaljeni drug od drugega. 111 Informacije MiDEM 25(1995)2, str. 108-114 Rezultati mikrostrukturnih preiskav torej kažejo, da ima mikrostruktura debeloplastnih uporov najverjetneje večji vpliv na velikost faktorjev gauge kot'sama sestava prevodne faze. Bolj homogen material z veliko majhnih delcev prevodne faze, ki so blizu skupaj, ima nizek faktor gauge, manj homogen, kjer so delco prevodne faze bolj oddaljeni drug od drugega, pa visok faktor gauge. To se tudi ujema s tem, da imajo upori z višjimi plastnimi upornostmi višje faktorje gauge. Višje plastne upornosti pomenijo namreč manjšo koncentracijo prevodne v stekleni fazi in s tem večjo povprečno razdaljo med prevodnimi delci. Iz dobljenih podatkov lahko sklepamo (oziroma ugibamo), zakaj imajo upori na osnovi rutenijevega oksida v glavnem nižje faktorje gauge kot upori na osnovi rutena-tov. Prah rutenijevega oksida se običajno pripravlja s precipitacijo rutenijevih spojin, na primer rutenijevega hidroksida, iz raztopine. Oborjeni delci so navadno zelo majhni. Rutenati pa se pripravljajo z visokotemperaturno reakcijo med Ru02 in, na primer, Bi2C>3. Sintetiziran material se melje, da dobimo delce majhnih dimenzij. Zato je (sorazmerno) laže pripraviti zelo drobnozrnat prah R11O2 kot rutenatov in iz njega debeloplastne upore s homogeno, "urejeno", mikrostruktura. Znano je namreč, da so upori z nizkimi gauge faktorji bolj večinoma stabilni in imajo nižji termični šum /18/. V tabeli III so podani hladni (-25°C do 25°C) in vroči (25°C do 125°C) temperaturni koeficienti upornosti (TCR) in spremembe upornosti po staranju (kuhanje v destilirani vodi, 20 min) debeloplastnih uporov, žganih na AI2O3 keramiki ali na dielektrikih, v tabeli IV pa njihove plastne upornosti, indeksi termičnega šuma in faktorji gauge. Faktorji gauge in indeksi termičnega šuma so grafično prikazani na slikah 8 in 9, Tabela III Temperaturni koeficienti upornosti in spremembe upornosti po staranju debeloplastnih uporov, žganih na keramiki ali na dielektrikih M. Hrovat, D. Belavič, G. Dražič, J. Holc, S. Šoba: Preiskave debeloprastnih uporov z visokimi faktorji gauge Tabela IV Plastne upornosti, relativne plastne upornosti, indeksi termičnega šuma in faktorji gauge debeloplastnih uporov, žganih na keramiki ali na dielektrikih Upor Diel. Plastna upor. (oh m/D) Rel. plast. upor, (%) Indeks šuma (dB) Faktor gauge Du Pont HS 8029 AI2O3 1,2 k 100 -14 8,5 ESL4905 1,0 k 78 -21 9,0 Her. 9117 1,6 k 129 -21 9,5 Du Pont 5704 1,0 k 80 -21 10,5 AI2O3 9,3 k 100 8,3 16,5 ESL ESL4905 24,4 k 261 1,5 18,0 3414 Her. 9117 99,1 k 1061 20 43,0 Du Pont 5704 26,3 k 282 17 31,5 AI2O3 7,4 k 100 -6,0 16,0 Heraeu sR ESL 4905 18,0 k 243 -4,4 16,5 8241 Her. 9117 3,4 k 46 -6,0 12,5 Du Pont 5704 3,3 k 45 -3,5 11,0 Najvišje faktorje gauge smo dobili z uporovno pasto 3414 firme Electro Science Labs., žgano na dielektrikih 5704 (GF preko 30) in na 9177 (GF preko 40). Te vrednosti so blizu vrednostim, dobljenim s posebnimi debeloplastnimi uporovnimi materiali /7/. To povišanje faktorjev gauge, za katerega predpostavljamo, da je posledica interakcije med dielektričnim in uporovnim materialom, pa je povezano, kot vidimo v tabelah III in IV, s poslabšanjem dugih karakteristik: z zvišanjem plastnih upornosti, temperaturnih koeficientov upornosti in termičnega šuma. Tudi stabilnost teh uporov, žganih na dielektrikih, je slabša. LONGITUDINALNI FAKTORJI GAUGE Upori na keramiki in na dielektriku Slika 8: Faktorji gauge debeloplastnih uporov, žganih na AI2O3 keramiki in na plasteh dielektrikov Upor Diel. Hladen TCR (-25 do 25°C) (1CT6/K) Vroč TCR (25 do 125°C) (1 (TD/K) AR/R Vrela voda (%) AI2O3 10 50 0,03 Du Pont HS 8029 ESL 4905 0 55 <0,01 Her. 9117 -15 40 0,03 Du Pont 5704 30 85 0,01 AI2O3 -95 -40 0,13 i ESL 3414 ESL 4905 -325 -270 0,12 Her. 9117 -415 -405 1,14 Du Pont 5704 -365 -305 1,11 AI2O3 10 50 0,06 Heraeus R 8241 ESL4905 -45 -15 0,04 Her. 9117 -25 5 0,04 Du Pont 5704 50 90 0,04 112 M. Hrovat, D. Belavič, G. Dražič, J. Holc, S. Šoba: Preiskave debeloprastnih uporov z visokimi faktorji gauge Informacije MiDEM 25(1995)2, str. 108-114 E SUM (uV/V) Upori na keramiki in na dielektriku Realni del (Z\ abscisna os) je funkcija sprememb upornosti, imaginarni del (Z" \ ordinatna os) pa sprememb dielektričnih karakteristik med upogibom. Zaradi različnih plastnih upornosti uporov, žganih na keramiki ali na dielektriku, so vrednosti normalizirane na upornosti nedefor-miranih uporov. Upori na keramiki se "obnašajo" ko skoraj idealni upori. Upore, žgane na dielektriku, pa lahko opišemo kot vzporedno kombinacijo uporov in kondenzatorjev z maksimumom pri pogoju coC=1. Rezultati potrjujejo intereakcijo med dielektrikom in uporom med procesom žganja. Predpostavljamo, da je steklo difundi-ralo iz dielektrika v upor in "razredčilo" prevodno fazo. Posledica so višji faktorji gauge, višja plastna upornost in višji termični šum. SKLEPI Slika 9: Indeksi termičnega šuma (¡iV/V) debeloplast-nih uporov, 'ganih na /V2O3 keramiki in na plasteh dielektrikov Mikrostrukturne razlike med EL 3414 upori, žganimi na AI2O3 substratih ali na Heraeus-ovem dielektriku 9117 (najvišji faktor gauge), smo poizkusili ugotoviti z metodo kompleksne impedance. Ta metoda predpostavlja, da se lahko odziv materiala predstavi kot preprost ekvivalent uporov in kondenzatorjev, povezanih vzporedno ali zaporedno /19/. Na sliki 10 je prikazana kompleksna im-pedančna analiza nedeformiranih in deformiranih (upogib substrata 100 (im) uporov, merjenih od 5 Hz do 13 MHZ. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 O.f Z'normaliztran [Ohm] 0.9 1.0 Slika 10: Kompleksna impedančna analiza (5 Hz do 13 MHz) nedeformiranih in deformiranih (upogib 100 \xm) uporov EL 3414, 'ganih na keramiki in na dielektriku Heraeus 9117. Vrednosti so normalizirane na upornosti nedeformiranih uporov. A - EL 3414 na keramiki, nedeformiran B - EL 3414 na keramiki, deformiran C - EL 3414 na dielektriku, nedeformiran D - EL 3414 na dielektriku, deformiran Mikrostrukturo debeloplastnih uporov z visokimi in nizkimi faktorji gauge smo preiskali z elektronskim vrstičnim mikroskopom. Posnetki s TEM so pokazali značilno razliko med mikrostrukturo obeh tipov uporovnih materialov. Prevodni delci v uporu z nizkim faktorjem gauge so majhni in blizu skupaj, v uporih z visokim faktorjem gauge pa so za razred večji in bolj oddaljeni drug od drugega. Rezultati kažejo, da ima mikrostruktura debeloplastnih uporov večji vpliv na velikost faktorjev gauge kot sama sestava prevodne faze (RuC>2 ali rutenati). Bolj homogen material z veliko majhnih delcev prevodne faze, ki so blizu skupaj, ima nizek faktor gauge, manj homogen, kjer so delci prevodne faze bolj oddaljeni drug od drugega, pa visok faktor gauge. Ker so debeloplastni upori prirejeni za žganje na AI2O3 keramiki, se njihove karakteristike spremenijo, če jih žgemo na dielektrikih za večplastna vezja. Uporom, narejenim z uporovno pasto 3414 firme Electro Science Labs., so faktorji gauge narasli na okrog ali preko 40, če so bili žgani na nekaterih dielektrikih (5704 firme Du ont in 9117 firme Heraeus). Hkrati so se poslabšale druge karakteristike, Narasli so plastne upornosti, temperaturni koeficienti upornosti in termični šum, poslabšala pa se je tudi stabilnost. Rezultati kompleksne impedančne analize so nakazali, da so spremembe karakteristik povezane z difuzijo steklaste faze iz dielektrika v upor med procesom žganja. ZAHVALA Zahvaljujemo se ge. Jarmili Wernig za analize ED in ge. Medeji Gec za pripravo vzorcev za TEM. Ministrstvu za znanost in tehnologijo Republike Slovenije se zahvaljujemo za finančno podporo. LITERATURA /1 /K. Hoffman, An introduction to measurements using strain gages, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, 1989 /2/N. White, A. Cranny, Design and fabrication of thick film sensors. Hybrid Circuits, (12), (1987), 32-35 /3/S. Satoh.atoh Y. Takatsuji, F. Katoh, H. Hirata, Thick film pressure sensor using zirconia diaphragm, Proc. 1991 Int. Symp, on Microelectronics ISHM-91, Orlando, 1991, 148-152 113 Informacije MiDEM 25(1995)2, str. 108-114 M. Hrovat, D. Belavič, G. Dražič, J. Holc, S. Šoba: Preiskave debeloprastnih uporov z visokimi faktorji gauge /4/ A. Cattaneo, R. Dell.Acqua, G. Dell.Orto, L. Pirozzi, C. Canali, A practical utilization of the piezoresistive effect in thick film resistors: a low cost pressure sensor, Proc, 1980 Int. Symp. on Microelectronics ISHM-80, New York, 1980, 221-227 /5/ S. Chitale, C. Huang. M. Stein, High gauge factor thick film resistors for strain gauges, Hybrid Circuits Technol., (5), (1989) /6/ O. Abe, Y. Taketa, A new thick film strain sensor, Proc. 1988 Int. Symp. on Microelectronics ISHM-88, Seattle, 1988, 217-221 /7/ M. Prudenziati, B. Morten, F. Cilloni, G. Ruffi, Very high strain sensitivity in thick film resistors: real and false gauge factors. Sensors and Actuators, 1£, (1989), 401-414 /8/ A. G. Bishay, D. A. Abdelhady, A. M. Darwish, Applicability of discontinuous palladium films as strain gauges, J. Mater. Set: Materials in Electronics, 2, (3), (1992), 195-199 /9/ M. M. Nayak, S. Srinivasulu, K. Rajanna, S. Mohan, A. E. Muthu-nayagam, Electrical and strain-sensitive behaviour of sputtered gold films, J. Mater. Sci. Lett., 12, (2), (1993), 119-121 /10/ M. Prudenziati, B. Morten, Thick film sensors: an oveiview, Sensors and Actuators, ID, (1-2), (1986), 65-82 /11/ R. Dell'Acqua, Non-conventional applications of thick-film technology. Hybrid Circuits, (12), (1987), 11-20 /12/ F. Muller, M. Wolf, Dependence of the sheet resistivity and current noise behaviour of the grain size and volume fraction of conducting material in thick-film resistors experiments, Active and Passive Elec. Comp., 12, (1), (1988), 1-6 /13/ A. Le Corre, N. Nlcoloso, J. Maier, J. C. Nlepce, M. Maglione, Resistor Inks: comprehension and modeling of the conduction mechanism in RuC>2/glass composites, Proc. 3 rd Int. Conf. Electroceramlcs, Vol. II, Maubege, 1992, D4.1-3 /14/ M. Hrovat, D. Belavlc, J. Hole, S. Soba, An evaluation of some commercial thick film resistor materials for strain gauges, J. Mater. Sci. Lett., 12, (1994), 992-995 /15/ Prospekt firme Electro Science Labs., High gauge factor resistor, D-3414-A/B, 9008 A /16/ B. Rzasa, J, Potenckl, Thick film resistors on dielectrics as temperature detectors, Active and Passive Elec. Comp., 12, (2). (1986), 135-147 /17/ M. Hrovat, D, Belavič, "Thick film multilayer circuits with "burled" resistors - resistors under multilayer dielectric". Proc. ISHM-Europe Conf., Bournemouth, 1987, 305-312 /18/ P. O.Callaghan, A. T. Walker, K. W. Hang, V. P. Siuta, J. J. Osborne, J. Smith, K. Hayakawa, A. Buckthorpe, New resistor systems for hybrid circuits and resistor components. Microelectronics Int., (37), (1995), 14-17 /19/ J. E. Bauerle, Study of solid electrolyte polarization by a complex admittance method, J. Phys. Chem. Solids,_2Q, (1969), 2657-2670 dr. Marko Hrovat, dipl. ing., dr. Goran Dražič. dipl. ing., dr. Janez Hole, dipl. ing. Institut "Jožef Stefan", Jamova 39, 61111 Ljubljana, Slovenija tel. +386 61 1773 900 fax: +386 61 1261 029 Darko Belavič, dipl. ing., Stojan Šoba, dipl. ing., HIPOT Hybrid, d.o.o., Trubarjeva 7, 68310 Šentjernej, Slovenija tel. +386 68 42 020 fax: +386 68 42 370 Prispelo (Arrived): 2.6.1995 Sprejeto (Accepted): 11.7.1995 114 UDK621.3: (53+ 54+ 621 +66), ISSN0352-9045 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana MICROELECTRONIC R&D FACILITY AND ITS IMPACT ON ELECTRONIC INDUSTRY IN NEWLY INDUSTRIALIZING COUNTRIES Lojze Trontelj Faculty of Electrical and Computer Engineering, Ljubljana, Slovenia Key words: microelectronics, R&D, Research and Development, Newly industrializing Countries, electronic industry, ASIC, Application Specific Integrated Circuits, iC, integrated circuits, state of the art, electronic equipment, know how, licences, equipment manufacturing, IC design, top down design, monolithic circuits, microelectronics centres Abstract: Microelectronics has impacted and continues to impact on modern society. Newly industrializing countries can not stay aside from these developments. The concept of R&D microelectronic center running in academic society in particular NIC can serve as a moderate and state of the art microelectronic activity. Such center could represent the seed for further industrial growth if the market excuses high investments needed, Mikroelektronska razvojno - raziskovalna enota in njen vpliv na elektronsko industrijo v industrijsko se razvijajočih deželah Ključne besede: mikroelektronika, R&D raziskave in razvoji, NIC dežele industrijsko razvijajoče se, industrija elektronska, ASIC vezja, iC vezja integrirana, stanje razvoja, oprema elektronska, know how znanje in izkušnje, licence, proizvodnja opreme, IC snovanje vezij integriranih, top down snovanje od zgoraj navzdol, vezja monolitna, centri mikroelektronike Povzetek: Mikroelektronika je in bo vedno vplivala na razvoj moderne družbe. Industrijsko se razvijajoče dežele ne morejo stati tem dogajanjem ob strani. Razvojno - raziskovalni mikroelektronski center delujoč v akademski sredini v določeni industrijsko se razvijajoči deželi lahko obenem služi tudi kot njena moderna in ne predraga mikroelektronska aktivnost. Tovrstni center bi lahko predstavljal seme za nadaljnjo industrijsko rast, če bi trg le lahko opravičil potrebna visoka vlaganja. 1. INTRODUCTION Many authors clearly justify the need of domestic microelectronic activity in NICs. They point out the predominant need of their own ASIC capabilities. /1/ In establishing the efficient domestic production of the electronic equipment under licensing agreements the need of good starting capabilities of domestic producers is quite evident. The success of domestic production in environment qualified to independently develop and manufacture the industrial products is much higher compared to others without this expertise. The insufficient know how also influences the purchases of licenses for production of state of the art goods, thus locking the country into obsolete and with little domestic value added fabrication. Therefore extensive modern system expertise and ASIC experience and possibly production capability is mandatory in pursuing an efficient and rewarding domestic electronic equipment manufacturing. 2. ACTIVITIES NEEDED TO GET ASICs a) IC design ASIC expertise is comprised of the design effort, fabrication of prototypes and their functional verification and volume production and testing. /2/ Basis for the efficient ASIC expertise is in the profound system knowledge. The procurement of ICs follows one of the two self explanatory flowcharts (Figs.1 and 2) and is thoroughly monitored by IC designers residing in system house and or in the silicon foundry which could be vertically integrated or not. A set of well proven control procedures follows every design consisting of feasibility Fig. 1: Simulated schematic interface to silicon foundry 115 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 115-119 L, Trontelj: Microelectronic R&D Facility and its Impact... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 115-124 Proiotypes for approval Fig. 2: Layout database interface to silicon foundry study, circuit specifications development, schematic capture, simulations, test program definitions, layout verifications and cost considerations. The design procedure follows one of the options, shown on Fig. 3. The design of digital ASICs is strongly supported by comprehensive CAD tools and silicon compilers. This is still not the case for analog and mixed signal ASICs designs. At the beginning the progress in analog design /3/was impeded by the lack of motivation since everybody believed that everything would go digital. Very strong conservatism was present among so called analog experts. The advent of monolithic technology widely opened new horizons in the design philosophy which changed dramatically from old discrete designs in which integrat-able parts were put on chip into the abundant use of active devices giving the accent to functional optimization as the primary objective. Electronic System ~~ Specification J Functional | (Blocks)- Ä Functional Block Specifications Design Step Verification ( Optimization Criteria [ Definition [ Electronic Topology ] [ Syntahais J f" Layout Attributes") T ^Placement & Routing ) Heur|.atic c Charactariz ationj- Composition & Final verification Verified Layout Fig. 3: Hierarchically Oriented Top down IC design Using hierarchical top down design, the problem is reduced to appropriately combining standardized basic circuits composed of conventional devices. The method is widely supported by various CAD tools. The other option is translation of the function to be implemented on silicon into the dedicated and optimized circuit. This is built from conventional blocks or structures based on physical phenomena and combined with appropriate layout of integratable structures. b) Monolithic IC technology The investments needed to cope with the developed countries in the field of IC technology are too high to be justified in the majority of NICs. Competitive silicon foundry namely needs the free access to know how in down stream technology, to modern process equipment and materials, to services etc. Due to political reasons this is still not viable in NICs. The very little chances to sell their production on the developed markets is another drawback. Domestic markets are usually too small to guarantee economically justified volume production. In recent years many silicon foundries in NICs were forced to shut down their operations in spite purchasing state of the art IC technologies from the developed countries. This fact of course doesn't mean that the semiconductor technology is with few exceptions reserved only for the developed economies. 3. PROPOSED MODEL DESCRIPTION Academic research teams working in small but state of the art equipped centers in NICs could serve as a potential seed to industrial microelectronic operations. They are open and non-profit organizations and therefore able to establish tight relations with similar institutions in the developed countries exchanging their expertise and talented highly trained individuals. Accumulated know how can than be easily transferred to industrial environment if such need exists. The model for the microelectronic center of excellence is therefore .comprised by the team of well trained system specialists who work hand in hand with the IC design engineers. They need to have good access to the modern CAD tools and open window to the microelectronically developed community. This is even more valid for their colleagues - process engineers. Small test and packaging activity could be part of the proposed scheme. Very well established fields of interests for academic groups of the kind are usually the device physics, design methodology, CAD tools, process technology and special niche applications like intelligent sensors, medical electronics etc. To these activities real ICs for industrial applications should be added which are mature enough to be suitable for volume production elsewhere. The proposed scheme could be altered in the communities who pay little or no interest to semiconductor technology. The electronic system and IC design and test and evaluation teams can get the silicon foundry services from the selected silicon vendors or from institutions like Euro- 116 L, Trontelj: Microelectronic R&D Facility and its Impact... Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 115-124 Laboratory started with the development and the design of complex thin film integrated circuits and monolithic discrete devices. In 1976 the 2" wafer prototyping line was operational. At present 4" wafer line serves the laboratory needs. Some process steps were developed jointly with International Microelectronic Products Int. B Fig. 4: Model of the Microelectronics Centre Option A: Complet design / optimization cycle in NIC Option B: Outside Multi Project Wafer processing service chip where low cost multi project wafer services can be purchased. This model is usually less efficient due to the fact that MPW services take longer turnaround time and only standard process steps are available. Fig 4 shows both options of the proposed model. Microelectronic know how is a key element in maintaining and improving the competitive position of domestic electronic industry elsewhere. Associated research should be focused and directed at issues and problems on and beyond current industrial horizons. Wherever practical it should be carried out cooperatively with industry and academic institutions on an international basis. 4. CASE STUDY Laboratory for microelectronics of the University of Ljubljana fits very well into the proposed model. The laboratory was founded 25 years ago. It is active in the development of CMOS & BiCMOS submicron process modules, in industrial ASIC design, in the design and analysis of complex electronic systems and in the development of new design methodologies and CAD tools for mixed analog-digital signals. Research staff totals 14 PhDs with average 15 years of experience, 11 MS senior designers and technologists and 12 experienced engineers and technicians. Faculty for Electrical and Computer Engineering supports all other services which are vital for the successful operation of the laboratory. Research facility includes 400m2 of clean room area for experimental CMOS and BiCMOS processes, 1800m2 floor space for technology support, assembly and design, maskshop and test laboratory. Fig. 5: Universal Dual Channel SLIC Interface Chip size: 47011±m x 4642 urn Process: 3\xm Dual Poly Single Metal p-Well Fig. 6: Single Chip Telephone with Loudspeaker Chip size: 50001im x 5120 \xm Process: 3 jim Dual Poly Single Metal p-Well 117 Informadle MIDEM 25(1995)2, str, 115-119 Trontelj: Microelectronic R&D Facility and its Impact. spy tills r I m A / ? Í * S t; m ! "S m IS t Fig. 7: Data Communication Interface on Power Lines for Remote Energy Management Chip size: 3614 \im x 2993 |xm Process: 2 ¡xm Dual Poly Dual Metal n-Well Fig. 9: Voltage Regulator for Alternator with Multiple Fault Detection & Indication Chip size: 2800 ¡xm x 2600}xm Process: 5 ¡xm Dual Poly Single Metal p-Well < > ' Ci. iû^siis: Fig. 8: Radiation Hardened 16 bit Absolute Angular Encoder for High Reliability Space Applications Chip size: 4684¡xm x 4676 ¡xm Process: 2 ¡xm Dual Poly Dual Metal n-Well F ' .....M .....l 'a ""** :«gf...........' c ; "' Cc ÍH ...... • • Fig. 10: Wireless Proximity Electronic Key IC Chip size: 2296 ¡xm x 2114\xm Process: 5 ¡xm Dual Poly Single Metal p-Well The members of the laboratory participated in joint development teams with American Micro Systems Inc., International Microelectronic Products Inc., and with Austria Mikro Systeme Inc. In some areas the achievements of the Laboratory were at the leading edge of IC design and the design methodology. Some of the designed ASICs in the area of telecommunications, precision measurements, automotive, security systems and medical electronics were produced in the quantities over million pieces. Fig. 5 to 11 show some of the successful designs of Laboratory in the above fields. 118 L, Trontelj: Microelectronic R&D Facility and its Impact... Fig. 11: Implanted Dual Channel Electronic Stimulator for Rehabilitation in Humans Chip size: 1876 ¡1 m x 1711 [im Process: 5 fim Dual Poly Single Metal p-Well Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 115-124 6. REFERENCES /1/ Ferdo Ivanek, Timoty Nulty, Nikola Holcer: "Manufacturing Telecommunication Equipment in Newly industrializing Countries. The effect of Technological Progress." World Bank Technical Paper Number 145, The World Bank Washington 1991 /2/ Janez & Lojze Trontelj, Graham Shenton: "Analog Digital ASIC Design", MyGraw-Hill Book Company, London 1989 /3/ Jan Davidse: "A quarter century of microelectronics: what happened in analog electronics and what is ahead?, Microelectronics Journal, Vol.25, No.1, February 1994, p.XVII /4/ Lojze Trontelj: "Competitive microelectronic R&D facility, the role and its impact on modernizing of the electronic industry in NIC1 s", SUPERCOMM ICC '94, New Orleans, Invited paper 7. BIOGRAPHICAL NOTE Dr. Lojze Trontelj Is a full professor of Microwave theory and Microelectronic technology at the University of Ljubljana, Faculty of Electrical and Computer Engineering where he founded Microelectronic Laboratory in 1969. He is authoring over 100 technical papers and holds several patents. He was a member of the presidency of the National Research Council, He has received several national awards for his research work. 5. SUMMARY Investments into microelectronic submicron volume production lines nowadays exceed one billion dollars. Underdeveloped markets in NICs normally do not allow such huge investments. The lack of well trained marketing personnel able to sell microelectronic products worldwide and small domestic consumption is another obstacle against these Investments. Proposed model Is one possible solution for NICs to educate engineering community and to maintain the ties with the mainstream microelectronic developments. Furthermore such possibility offers NICs to retain their activities and to remain competitive in selected niche electronic applications worldwide such as In the area of mlcromachining. Prof. dr. Lojze Trontelj, dipl. ing., Faculty of Electrical and Computer Engineering, Tržaška 25, 61000 Ljubljana tel. +386 61 1768 342 fax: +386 61 273 578 Prispelo (Arrived): 3.7.1995 Sprejeto (Accepted): 11.7.1995 119 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana U D K 621.3: (53 + 54+621+ 66), ISS N0352-9045 SILICIJEVE USMERNIŠKE DIODE B. Kren, I. Šorli, R. Ročak MIKROIKS d.o.o., Ljubljana, Slovenija S. Stradar, Z. Zupančič Iskra SEMICON d.d., Trbovlje, Slovenija Ključne besede: diode usmerniške, diode silicijeve usmerniške, diode hitre, diode ultra hitre, parametri električni, pn spoji, karakteristike l-U, napetost prebojna, čas vzpostavitveni zaporni, tipi diod, Zener diode. Schottky diode, diode supresorske, možnosti uporabe, tehnologija izdelave, obvladovanje kakovosti, ugotavljanje zanesljivosti, TQM vodenje kakovosti totalno, SPC kontrola procesna statistična, diode spojne Povzetek: V prispevku obravnavamo v pregledni obliki silicijeve usmerniške diode. V prvem delu definiramo posamezne električne parametre diode ter primerjamo njihove realne vrednosti z idealnimi, oz. teoretičnimi vrednostmi. Sledi pregled različnih tipov diod. Predvsem nas zanimajo usmerniške, hitre, ultrahitre, Zener, Schottky in supresorske diode ter njihove možnosti uporabe. V četrtem poglavju obravnavamo različne tehnologije izdelave silicijevih diod. Bolj podrobno opišemo slojno in planarno tehnologijo ter njune prednosti in slabosti. V petem poglavju poudarimo najprej pomembnost sistema celovitega obvladovanja kakovosti pri izdelavi diod. potem pa opišemo nekatere osnovne teste, s katerimi izvajamo ugotavljanje zanesljivosti diod. Silicon Rectifying Diodes Key Words: rectifying diodes, silicon rectifying diodes, fast diodes, ultra fast diodes, electrical parameters, pn junctions, l-V characteristics, breakdown voltage, reverse recovery time, diode types, Zener diodes, Schottky diodes, suppressor diodes, application possibilities, production technology, quality management, realibility assurance, TQM, Total Quality Management, SPC, Statistical Process Control, junction diodes Abstract: Fifty years ago, right after the Second World War, a first working contact transistor was invented by a group of scientists from Bell Laboratories. Couple of years later, a first junction transistor came followed soon by first integrated circuit on silicon. So, in the late fifties microelectronics was born which led to fast development of telecommunication and information technologies. Always present, but also always in the shadow of integrated microelectronics, discrete semiconductor components industry {production of components like diodes and transistors) has its own development. After all. p-n junction is a basic building block of all integrated circuits and diode theory forms basic theory for understanding working principles of all other semiconductor components. In this oveiview article we cover as much of the subject regarding silicon diodes, as possible. First, some basic electrical parameters for forward conduction, as well as for reverse state, are defined and compared to theoretical values. An oveiview of all basic diode types follows. We focuse on rectifying, fast, ultrafast. Zener. Schottky and suppressor diodes, including their basic application circuits. Among technologies used for silicon diode production we describe basic plane and planar technologies stressing their specific advantages. Typical flow charts, as well as cross sections are given. In the last part of the article we first stress the importance of Total Quality Management approach to the diode production and then we give the description of some basic tests used for diode Reliability Assurance Program. Modem diode production technology has been strongly improved compared to the one fifteen years ago. New processing steps, new materials, cleaner processing, SPC system lead to higher yields, better quality and higher productivity. Diode factory needs also to conduct strategy of a development factory. Not only it must efficiently produce a large volume product, but it must also have a large range of nonstandard products to fulfill as much as possible the market demand for several different diode types (rectifying, fast, ultrafast, Zener, Schottky, suppressor.....). 1.0 UVOD Petdeset let nazaj, takoj po drugi svetovni vojni, je skupina znanstvenikov v laboratorijih ameriške firme Bell uspela izdelati prvi delujoči kontaktni tranzistor, /1/. Temu je v nekaj letih sledila izdelava spojnega tranzistorja, nato prvega integriranega vezja in kmalu smo bili priča rojstvu nove panoge v elektroniki - mikroelektronike, kateri pripisujemo začetek tretje industrijske revolucije in brez katere ne bi bilo moderne informacijske in telekomunikacijske tehnologije. Vemo, da danes znamo v integrirana vezja vgraditi večino aktivnih in pasivnih električnih elementov, ki jih potrebuje elektronika (dioda, MOS tranzistor, bipolarni tranzistor, kondenzator, upor). Vemo tudi, da veliko večino integriranih vezij gradimo na siliciju, ki se je izkazal kot najboljši material za mikroelektroniko. Vzporedno z mikroelektroniko, vendar v njeni senci, so se razvijale tehnologije, ki so omogočale izdelavo diskretnih elementov na siliciju: diod, tranzistorjev in njihovih izpeljank. Kljub razmahu mikroelektronike, bo potreba po tovrstnih elementih še vedno obstajala verjetno še nekaj časa. Zaradi tega tudi največje mikroelektronske firme imajo v svojem programu proizvodnjo diskretnih elementov, ki jih delajo navadno v ločenih tovarnah, ali pa jih za njih delajo specializirane zunanje firme. Veliko jih je v vzhodnih deželah in nekaj tudi v Evropi. V Sloveniji sta trenutno dve: Iskra Semicon v Trbovljah in Diopin v Ljubljani. Spojna dioda je osnovni gradnik integriranih vezij, teorija p-n spoja pa tvori osnovo za pojasnjevanje in predvidevanje delovanja vseh ostalih polprevodniških elementov. 120 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 2.0 OSNOVNE DIODNE ENAČBE IN PARAMETRI 2.1 IDEALNA DIODNA ENAČBA Osnove delovanja p-n spoja je prvi teoretično obdelal Shockiey, /1/, Teorijo je kasneje dopolnjevalo in razširjalo več avtorjev. Na sliki 1 prikazujemo primerjavo med idealno in realno tokovno-napetostno karakteristiko silicijeve diode. Idealno l-V karakteristiko diode podaja znana Shockleyeva enačba, /1/, /2/, /3/: I =Js-S-(exp%-1) (1) Js - površinska gostota diodnega toka S - površina p-n spoja V - napetost na p-n spoju Vzroki za odstopanje od te idealne karakteristike so za prevodno smer naslednji, /2/: 10 10 10 .10' 10" to 10' 10k / / (d) / / / / / // '(C) NAPETO PREBOJNA ST SPOJA (b)/ A f x PR EVODNA SMER V // OPORNA SMER // h -i— (e) ' r i /IDEALNA KARAKT IRIS TIK A V PR EVODNI SM ERI I / i / IDEALNA K / i / i I i I ARAKTERISTIKA V ZAPORNI SMER ! ! I I _—j>- 10 15 20 25 q|v|/kr 30 Slika 1: Primerjava med idealno in realno l-V karakteristiko silicijeve spojne diode a) generacijsko-rekombinacijsko območje b) območje difuzijskega toka c) območje visoke injekcije nosilcev d) vpliv serijske upornosti e) zaporni tok zaradi generacij parov in površinskih tokov v osiromašenem področju površinski efekti, ki so povezani s prisotnostjo nabojev na ali zunaj površine polprevodnika lahko povzročijo različne prevodne kanale, oz. zaporna področja na površini pri pogojih visoke injekcije nabojev, ki nastopi, ko je koncentracija injiciranih manjšinskih nosilcev nabojev enaka ali večja osnovni koncentraciji v polprevodniku, osnovna diodna teorija ne velja več visoka serijska upornost diode, ki pride do izraza zlasti pri višjih tokovih V zaporni smeh pa je potrebno poleg difuzijskega toka diode upoštevati še generacijski tok zaradi generacije parov elektron - vrzel v osiromašenem področju, slika 1; v primeru p + n diode velja, /2/: Jr = D p n ,2 | q-w-n,-tp Nr (2) "d Dp - difuzijska konstanta vrzeli W - širina osiromašenega področja -tp - življenjski čas manjšinskih nosilcev naboja - vrzeli te - efektivni življenjski čas Nd - koncentracija šibko dopirane strani p-n spoja ni - intrinzična koncentracija Drugi člen v enačbi 2, generacijski tok, pri silicijevih diodah prevladuje nad difuzijskim pri sobni temperaturi. Napetostni potek zapornega toka je definiran s spreminjanjem širine osiromašenega področja, oz. je sorazmeren s a/V. Temperaturno obnašanje zapornega toka narekuje parameter m, kar pomeni, da pri dovolj visokih temperaturah prevladuje difuzijski tok nad generacijskim (kvadratična odvisnost od m). Kot komentar zgornjima enečbama naj povemo, da v praksi seveda želimo doseči idealno l-V karakteristiko diode. Zaradi že opisanih efektov to ni mogoče, zato je velika večina dela usmerjena ravno v poznavanje, karak-terizacijo in zmanjševanje pojavov, ki povzročajo ta odstopanja. 2.2 PREBOJ p-n SPOJA 2.2.1 Idealni preboj ravnega spoja Pri dovolj visoki zaporni napetosti, p-n spoj "prebije", oz. skozi diodo steče izredno velik tok. Preboj lahko povzročijo trije mehanizmi: • temperaturni pobeg • tunelski efekt in • plazovita ionizacija Temperaturni pobeg: relativno visok tok pri visoki pritis-njeni zaporni napetosti povzroči določeno segrevanje p-n spoja. Višja temperatura ponovno povzroči povečanje toka, ki zopet bolj segreje p-n spoj, kar v končni fazi 121 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141_ _ pripelje do termičnega pobega, oz. hitrega povečanja toka in preboja diode. Tunelski efekt nastopi pri p-n spojih, kjer sta obe strani močno dopirani, širina osiromašenega področja pa zelo majhna. Že relativno majhna pritisnjena zaporna napetost povzroči visoko električno polje (E >10® V/cm) na p-n spoju in nosilci naboja lahko tunelirajo skozi osiromašeno področje, kar ima za posledico povečanje toka, oz. preboj. V primeru stopničastega p-n spoja (ena stran spoja je močno dopirana, druga pa ne) je glavni mehanizem preboja plazovita ionizacija. Širina osiromašenega področja je dovolj velika, da je tunelski efekt zanemarljiv. Pri takšnem spoju tok v zaporni smeri narašča z rastočo pritisnjeno zaporno napetostjo. Večanje zaporne napetosti povzroča vedno večjo električno poljsko jakost v osiromašenem področju. Ce je energija pospešenih nosilcev dovolj velika, da na svoji poti povzročajo ionizacijo novih parov elektron-vrzel, pride do plazovite ionizacije, kar povzroči ogromen tok skozi diodo. Z načrtovalskega stališča sta za nas zanimiva predvsem zadnja dva mehanizma preboja p-n spoja. Ker je preboj sam po sebi odstopanje od idealne l-V karakteristike, je razumljivo, da želimo izdelati diode s prebojno napetostjo, ki je čim bližja teoretični vrednosti. Enačba, ki določa prebojno napetost pri plazovitem preboju STOPNIČASTEGA RAVNEGA spoja, in ki jo lahko uporabljamo za praktično načrtovanje prebojne napetosti diode je: VB = 5.302* 1013(Nb)"3/4 ,V (3) B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Čim nižja je koncentracija, tem višja je prebojna napetost, slika 2. Podobna enačba velja tudi za tki. gradientni spoj, le da v njej namesto absolutne koncentracije nastopa gradient koncentracije, vendar se bomo zaradi nazornosti v tem prispevku omejili le na stopničaste spoje. Redkokatera dioda, ki jo v resnici izdelamo, ima raven p-n spoj, saj ima diodna tabletka končne fizične dimenzije. Tako so v praksi prebojne napetosti nižje, kot jih določa zgornja enačba in poleg koncentracije dopantov njeno vrednost določa še način zaključltve p-n spoja. Različne praktične zaključitve p-n spoja obravnavamo v naslednjem poglavju. 2.2.2 Zaključitvene strukture z negativnim, oz. pozitivnim naklonom Na sliki 3 prikazujemo dve možni zaključitvi p-n spoja: s pozitivnim, oz. negativnim naklonom na nivoju tabletke. V obeh primerih je desna ploskev stranska ploskev diodne tabletke in jo ponavadi definiramo z žaganjem skozi rezino in naknadnim jedkanjem površine. Slika 3 : Zaključitev p-n spoja a) pozitivni naklon b) negativni naklon Nb - koncentracija šibko dopirane strani p-n spoja, /cm" Iz zgornje enačbe vidimo, da prebojno napetost diode določamo s koncentracijo šibko dopiranega področja. 10000 XI D H O t— UJ O. < Z o oa UJ CE 1000 = 100 -t— i-rrrmr—i-rtrm 1E+13 1E + 14 1E+15 1E+16 1E+17 1E+1E KONCENTRACIJA (cm-3) Slika 2 : Odvisnost prebojne napetosti stopničastega p-n spoja od koncentracije Naklon določa kot med šibko in močno dopirano stranjo p+-n spoja. Kot manjši od 90° da pozitiven, kot večji od 90° pa negativni naklon. Za oba primera je na sliki 3 prikazana tudi oblika osiromašenega področja in shematska porazdelitev električnega polja. V primeru pozitivnega naklona je zaradi ohranitve naboja na obeh straneh p-n spoja širina osiromašenega področja ob površini v manj dopiranem substratu večja kot v notranjosti. Vsled tega je jakost električnega polja na površini manjša kot v notranjosti, kar je idealno za zaključitev p-n spoja, saj zagotavlja preboj strukture v notranjosti tabletke. Prebojna napetost take diode bi morala biti blizu napovedane, enačba 2. Temu ni tako v praksi, saj je ionizacijski koeficient na površini, zaradi prisotnih površinskih defektov, večji kot v notranjosti. Do preboja tako le pride na površini. Zaradi slednjega je v praksi potrebno zagotoviti površinsko jakost električnega polja vsaj za 50% nižjo kot v notranjosti, če želimo doseči preboj v notranjosti tabletke, tj. blizu teoretične vrednosti za raven spoj. Po podrobni analizi velikega števila spojev s pozitivnim naklonom, z različnimi dopiranji ter normalizaciji vrednosti električnega polja na površini glede na polje v notranjosti, pridemo do splošno uporabne krivulje, ki nam podaja odvisnost normalizirane jakosti površinskega električnega polja v odvisnosti od kota zaključitve p-n spoja, slika 4. 122 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 S slike je razvidno, da koti pod 60° zagotavljajo ustrezno majhno jakost električnega polja na površini, oz. preboj v notranjosti. Koti pod 30° niso priporočljivi, saj pomenijo izgubo efektivne površine tabletke. Na sliki 6 prikazujemo več možnih variant zaključitve p-n spoja s pozitivnim, oz. negativnim naklonom na nivoju rezine. Stransko ploskev definiramo z jedkanjem kanalov med tabletkami že takoj po difuziji p+ področja. 0 I0 20 30 40 50 60 70 80 90 KOT ZAKLJUČITVE p4-n SPOJA, POZITIVNI NAKLON (V STOPINJAH) Slika 4: Normalizirana jakost površinskega električnega polja v odvisnosti od kota zaključitve p -i- -n spoja, pozitivni naklon. V primeru negativnega naklona, slika 5, pa je situacija ravno obratna. Če bi želeli zmanjšati električno polje na površini, bi morali bodisi zmanjšati kot, bodisi znižati koncentracijo p+ področja, kar bi omogočilo širjenje osiromašenega področja tudi na p+ stran in s tem posredno zmanjšanje električnega polja na površini. p+ N \ N \ f c) d) Slika 6: Zaključitvena struktura s kanalom: a) negativni naklon, ravni spoj b) negativni naklon, planarni spoj c) pozitivni naklon, ravni spoj d) pozitivni naklon, planarni spoj Kot primer zgoraj naštetih zaključitvenih struktur je na sliki 7 prikazana diodna tabletka že pritrjena na priključne žičke. Lepo je viden natančno definiran pozitivni kot 60° med p+ in n področjem. Do točno definiranega kota smo prišli najprej z žaganjem rezine z žaginim listom s točno določenim naklonom in nato z jedkanjem v bazičnem jedkalu. Izmerjena maksimalna prebojna napetost za prikazano strukturo je 1600 V. To je 80% od izračunanega preboja za stopničast raven p-n spoj, ki je 1990 V pri specifični upornosti n substrata 50 Ocm. KOT ZAKLJUČITVE p+-n SPOJA, NEGATIVNI NAKLON (V STOPINJAH) Slika 5: Jakost površinskega električnega polja v odvisnosti od kota zaključitve p+-n spoja, negativni naklon Slika 7: Diodna tabletka s pozitivnim naklonom p-n spoja, a = 60° 123 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Podobno je na sliki 8 prikazana diodna tabletka z jed-kanim kanalom in negativnim naklonom 70° med p+ in n področjem. Kanale smo jedkali po difuziji p+ področja. Kot maska za kislo jedkalo je služil silicijev dioksid. Izmerjena prebojna napetost za tako strukturo je 160 V. To je 80% od izračunanega preboja za stopničast raven p-n spoj, ki je 200 V pri specifični upornosti n substrata 2.8 Ocm. •:...-; : .¡GLAVNI SPOJ PLAVAJOČI OBROČ GLAVNI SPOJ Slika 9: Presek strukture in porazdelitev električnega polja: a) pianami spoj b) planarni spoj z enim plavajočim obročem Slika 8: Diodna tabletka z negativnim naklonom p-n spoja, a = 110° 2.2.3 Zaključitvene strukture v planarni tehnologiji S planarno tehnologijo izdelujemo tridimenzionalne strukture diod na silicijevi rezini, kar pomeni, da se p-n spoji zaključijo na površini tabletke namesto na njenem robu, slika 9. Ukrivljenost osiromašenega področja na robu p-n spoja je glavni razlog za manjšo vrednost prebojne napetosti v primerjavi z idealnim ravnim spojem, ki ima neskončen krivinski polmer. Tehnik za povečanje krivinskega polmera, oz. zmanjšanje ukrivljenosti je več. Med najbolj popularnimi sta dve, ki sta zlasti uporabni za izdelavo vertikalnih diskretnih polprevodniških elementov: • zaključitev s plavajočimi obroči • zaključitev s poljsko elektrodo Zaključitvena struktura s plavajočim obročem Primerjava porazdelitve električnega polja med strukturo z in brez plavajočega obroča pri pritisnjeni zaporni napetosti je razvidna s slike 9. Pri strukturi s plavajočim obročem se namreč pri določeni napetosti osiromašeno področje dotakne obroča; nadaljnje zviševanje zaporne napetosti povzroči širjenje osiromašenega področja od glavnega spoja navzdol, oz od obroča navzdol in vstran. Na ta način efektivno povečamo krivinski polmer strukture, porazdelimo padec napetosti med glavnim spojem in obročem in s tem posredno povečamo prebojno napetost. Glavni spoj lahko zaključimo z enim ali več plavajočimi obroči. Optimalno prebojno napetost dosežemo le s pravilnim načrtovanjem razdalje obročev od glavnega spoja, njihove širine in medsebojne razdalje, sliki 10 in 11. GLAVNI SPOJ PRVI DRUGI TRETJI PL.0BR0C PL.0BR0C PL.OBROC GLAVNI SPOJ Slika 10: Dva možna načina načrtovanja plavajočih obročev: a) spreminjajoče širine obročev in spreminjajoče medsebojne razdalje b)konstantne širine in enake razdalje med obroči V praksi ponavadi ne uporabljamo več kot tri plavajoče obroče. Zgoraj omenjene trditve smo preizkusili tudi v praksi. Tako je na sliki 11 prikazano testno vezje z diodami z različnimi zaključitvenimi strukturami s plavajočimi obroči, na sliki 124 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 12 pa rezultati meritev prebojnih napetosti na nekaterih diodah na prikazanem testnem vezju. Diode smo izdelali na substratu s specifično upornostjo 18 Qcm, globina spoja pa je bila 8 |i.m. Preboj ravnega spoja na tem substratu je 876 V, planarnega pa 272 V. Pri zaključitveni strukturi z enim obročem se je izkazalo, da je optimalna risana razdalja med glavnim spojem in obročem okoli 29 (im (dosegli smo 60% vrednosti prebojne napetosti ravnega spoja in 190% vrednosti prebojne napetosti planarnega spoja), medtem ko se je pri treh obročih kot optimalna izkazala struktura z obroči, med katerimi se je razdalja povečevala za 3 |j.m od 18 (im naprej (dosegli smo 69% vrednosti prebojne napetosti ravnega spoja in 220% vrednosti prebojne napetosti planarnega spoja). Slika 11: Testno vezje z različnimi geometrijami diod ter zaključitvenimi strukturami s plavajočimi obroči, 171 ODVISNOST Ur OD RAZDALJE Wdr TRIJE p+ OBROČI 850-i----- 800-...................................................................................................... 750..................................................................................................................................... 700-............................................................................................................................................. 650-.................................................................................................................. 15/15 20/20 18/+3/40 23/+3/40 25/25 26/+3/40 RAZDALJA MED DIODO IN PRVIM OBROČEM (um) b) Slika 12: Odvisnost prebojne napetosti od tipa plavajočega obroča a) en obroč b) trije obroči Zaključitvena struktura s poljsko elektrodo Že Grove, /4/, je za povečanje prebojne napetosti pri planarnih diodah predlagal ločeno napajanje prevodne elektrode na oksidu, katera je speljana preko p-n spoja, slika 13. S spremembo potenciala na njej spreminjamo obliko, oz. ukrivljenost osiromašenega področja. Za substrat tipa n velja, da s priključitvijo pozitivne napetosti na elektrodo pritegnemo elektrone na površino, ki oblikujejo osiromašeno področje, kot ga prikazuje krivulja A, S priključitvijo negativne napetosti pa elektrone odbijemo od površine, s čimer povečamo osiromašeno področje pod elektrodo, oz. povečamo krivinski polmer področja, krivulja C, in s tem povečamo prebojno napetost. +U, -U ODVISNOST Ubr OD RAZDALJE p+ obroč 750 400 NO RING 21 25 29 33 37 Wdr(um) - RAZDALJA MED DIODO IN OBROČEM a) Slika 13: Oblika osiromašenega področja za različne napetosti na poljski elektrodi 125 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 __ __________ V praksi je nepraktično ali včasih celo nemogoče izvesti ločeno napajanje za kontrolo potenciala poljske elektrode. Le-ta je zato ponavadi izvedena kot podaljšek kontaktne metalizacije p+, slika 14. V primeru zaporne napetosti na diodi (negativna napetost na p+ področju glede na n področje), se osiromašeno področje razširi po površini do roba poljske elektrode in dobimo podoben efekt kot pri krivulji C, slika 13. Električno polje v točki B, slika 14, je manjše samo v primeru, če pravilno izberemo debelino oksida pod poljsko elektrodo ter dolžino poljske elektrode nad spojem, saj mora priti do popolnega osiro-mašenja polprevodnika pod oksidom. Oksid mora biti dovolj tanek, da pride do izrazitega poljskega efekta in hkrati dovolj debel, da ne pride do prezgodnjega preboja oksida na robu poljske elektrode. Slika 14: Struktura diode s poljsko elektrodo, ki je vezana na p + kontakt Načrtovanje pravilne geometrije poljske elektrode za dosego optimalnega preboja je relativno komplicirano. Iz literature poznamo nekaj osnovnih napotkov, /4/, /5/. Na sliki 15 prikazujemo odvisnost maksimalnega električ- DEBELINA OKSIDA (/Um) Slika 15: Odvisnost električnega polja na robu poljske elektrode od debeline oksida; druga krivulja prikazuje električno polje na ukrivljenosti osiromašenega področja B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode nega polja na koncu poljske elektrode in polja na ukrivljenosti osiromašenega področja od debeline oksida. Podobno je na sliki 16 prikazana minimalna debelina poljskega oksida, ki je potrebna, da izenačimo električni polji na robu poljske elektrode in na ukrivljenosti osiromašenega področja. Iz slednje slike je razvidno, da je zaključitev s poljsko elektrodo efektna le pri srednje in močno dopiranih substratih, saj bi bila pri šibko dopiranih substratih zahtevana debelina oksida prevelika (npr. za koncentracijo substrata 1E13/cm3 je zahtevana debelina poljskega oksida okoli 100 jim, kar v praksi ni realno dosegljivo !) Slika 16: Minimalna potrebna debelina poljskega oksida, ki je potrebna za izenačitev električnih polj na robu poljske elektrode in na ukrivljenosti osiromašenega področja Pri debelih poljskih oksidih je maksimalno električno polje locirano na robu pn spoja, saj je poljski efekt neizrazit. Do preboja bo torej prišlo na p-n spoju. S padajočo debelino oksida jakost polja na p-n spoju pada, povečuje pa se poljski efekt. Maksimalno električno polje se preseli na rob poljske plošče. Porazdelitev potenciala v diodi s poljsko elektrodo je prikazana na sliki 17. Na tej sliki je poleg poljske elektrode viden tudi ekvipotencialni obroč Slika 17: Porazdelitev potenciala v strukturi diode s poljsko elektrodo 126 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode__ Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 na robu strukture, ki definira ničelni potencial, saj je vezan na substrat. Na sliki 18 je prikazano testno vezje z diodami z zaklju-čitvijo p-n spoja s poljsko elektrodo. Posamezne strukture se razlikujejo predvsem v lateralnih dimenzijah poljske elektrode, slika 19. iS!! Slika 18: Testno vezje z diodami z zaključitvijo p-n spoja s poljsko elektrodo PASIVACIJA <1 METALIZACIJA ^-\ P+ PODROČJE J ^^ ! ..■' ■■ n + Slika 19: Presek diode s poljsko elektrodo, struktura s testnega vezja na sliki 18 Na sliki 20 so prikazani rezultati meritev prebojnih napetosti teh struktur izdelanih na substratu z upornostjo 18 Ocm in globino p + n spoja 8 |im, Preboj ravnega spoja na tem substratu bi bil 876 V, planarnega pa 272 V. Maksimalno prebojno napetost smo dosegli pri poljski elektrodi, katere rob je podaljšan za 45 |im stran od glavnega spoja (dosegli smo 575 V, kar je 66% vrednosti prebojne napetosti ravnega stopničastega spoja in 211% vrednosti prebojne napetosti planarnega spoja). Odv. Ubr od dimenzij poljske elektrode 600- 300.........-......-t--.....................................r--------------------------------------r 0 14 45 70 dolžina poljsKe eleKtroae (um) Slika 20: Odvisnost prebojne napetosti diode od lateralnih dimenzij poljske elektrode 2.2.4 Zenerjev preboj Zenerjev preboj nastopi pri p-n spojih, kjer sta obe strani močno dopirani, širina osiromašenega področja pa je zelo majhna. Že relativno majhna pritisnjena zaporna napetost povzroči visoko električno polje (E > 106 V/cm) na p-n spoju in nosilci naboja lahko tunelirajo skozi osiromašeno področje, kar ima za posledico povečanje toka, oz. preboj. Čeprav v praksi izdelujemo "Zenerjeve diode" v širokem spektru prebojnih napetosti (1.8 - 200 V), moramo vedeti, da so mehanizmi preboja pri različnih napetostih različni in sicer: • Vr = 0.5 - 3 V območje Zenerjevega preboja Vr ~ 3 - 8 V -> območje Zenerjevega in plazovitega preboja (prehodno območje) Vr ~ 8 V naprej območje plazovitega preboja l-V karakteristiko tipične "Zenerjeve diode" prikazujemo na sliki 21. Področje preboja opišemo z dvema parametroma: • Zenerjevo napetostjo, Vz in • dinamično impedanco, ro Zenerjeva napetost je ponavadi definirana pri točno določenem zapornem toku Iz (nekaj mA, odvisno od tipa 127 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: ____Silicijeve usmerniške diode diode); dinamično impedanco merimo pri delovnem zapornem toku Iz, s sinusnim signalom z amplitudo 0.1 *lz in frekvenco 1kHz. Tipična odvisnost dinamične impe-dance od delovnega zapornega toka in Zenerjeve napetosti je prikazana na sliki 22. Minimum dinamične impe-dance se pojavi ravno v prehodnem območju, ko preboj definirata dva mehanizma, kot smo že opisali. NORMALNO PODROČJE PREVAJANJA O 1 NAPETOST (V) Slika 21: l-V karakteristika Zenerjeve diode Z iz Z! P7 P71 TA - 25°C 'Sag'Z(dcj Slika 22: 5 7 10 20 30 50 70 100 200 ZENERJEVA NAPETOST (V) Potek dinamične impedance v odvisnosti od prebojne napetosti Zener diode Zanimiv je tudi potek temperaturnega koeficienta prebojne napetosti. Tunelski preboj ima negativni, plazoviti preboj pa pozitivni temperaturni koeficient, saj pri tunelskem preboju višja temperatura pospešuje emisijo nosilcev naboja, medtem ko se pri plazovitem preboju, prosti nosilci naboja z večanjem temperature bolj sipajo na kristalni mreži, kar znižuje celotni tok, slika 23. Na sliki sta lepo vidni obe področji preboja (tunelski in plazoviti), oz. tudi prehod med njima. ODVISNOST TEMPERATURNEGA KOEFICIENTA OD PREBOJNE NAPETOSTI > 0.75 3.6 5.1 7.45 11 16.2 24.2 PREBOJNA NAPETOST Ubr(V) Slika 23: Napetostni potek temperaturnega koeficinta prebojne napetosti Zener diode 2.3 REALNI ELEKTRIČNI PARAMETRI DIODE Električni parametri diode so odvisni od velikega števila dejavnikov; med njimi naj naštejemo le najbolj pomembne: • tehnologija izdelave in posamezni tehnološki postopki (slojna/planarna tehnologija, globina difuzij, plastne upornosti p+ in n področja, čistost procesa, ipd..) 8 lastnosti silicijevega substrata (specifična upornost, debelina, orientacija) 9 velikost tabletke (površina, debelina) Slika 24: K definiciji posameznih električnih parametrov diode 128 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 • način zaključltve in pasivacije p-n spoja (žagan/jedkan kanal, planarni spoj, pasivacija s silikonom, poliimidom ali steklom ipd..) • vrsta montaže (spajkan čip, plastično ohišje, stekleno ohišje.....) V tem poglavju se bomo omejili samo na nekatere tipične in najbolj pogosto podajane parametre, ki so direktno povezani z l-V karakteristiko diode. Na sliki 24 so nazorno prikazani opisani parametri. Prepustna napetost (Vfm) Parameter določa največji dovoljeni padec napetosti v prevodni smeri, ki ga podajamo pri točno določenem toku za posamezen tip diode. Določamo ga s površino in debelino tabletke, znotraj parametrov tehnologije pa z izbiro specifične upornosti substrata in pogoji difuzije močno dopirane strani. Na sliki 25 prikazujemo odvisnost parametra VFM od površine diode pri prevodnem toku 1 A. 12 3 4 5 POVRŠINA TABLETKE (mm2) Slika 25: Prepustna napetost v odvisnosti od površine tabletke pri toku 1A, planarna tehnologija Udarni prepustni tok (Ifsm) Parameter določa največjo dovoljeno vrednost toka v prevodni smeri, ki se pojavi pri vklopu usmernika, ko je gladilni kondenzator prazen. Parameter je ponavadi definiran le za polvalno usmerjen sinusni signal (trajanje 10 ms pri 50 Hz), Če skozi diodo steče tak tok, bo temperatura spoja narasla nad dovoljeno mejo in do naslednjega vklopa mora miniti nekaj sekund. Zaporni tok (Ir) To je tok, ki teče skozi diodo pri maksimalni dovoljeni ponavljajoči se zaporni napetosti podani za določen tip diode. Ponavadi podajamo vrednost zapornega toka pri dveh temperaturah: 25°C in 150°C. Zaporna napetost (Vr) Parameter določa največjo zaporno napetost, ki je lahko konstantno pritisnjena na diodi brez posledic. Ponovitvena temenska zaporna napetost (Vrrm) Parameter določa največjo dovoljeno vrednost zaporne napetosti za ponavljajoči se signal kakršnekoli oblike. Neponovitvena temenska zaporna napetost (Vrsm) Parameter določa temensko zaporno napetost na diodi, za katero lahko predpostavimo, da se le redko pojavi. Ta vrednost, čeprav zelo kratkotrajna, nikakor ne sme biti presežena. Pri načrtovanju diodne strukture in njenih električnih karakteristik ponavadi pazimo, da element vzdrži višje temenske napetosti v zaporni smeri, oz. temenske tokove v prevodni smeri, kot so največje dovoljene. Še en parameter, na katerega morajo biti posebej pozorni uporabniki diod, je maksimalna moč, ki jo dioda prenese. Pri pulznem načinu delovanja so napetostni in tokovni impulzi lahko višji (ampak še vedno znotraj predpisanih maksimalnih vrednosti) kot pri konstantni obremenitvi, saj se v slednjem primeru dioda segreje na višjo delovno temperaturo. V vsakem primeru, če obstaja nevarnost, da se dioda segreje nad predpisano maksimalno temperaturo, je potrebno poskrbeti za dodatno odvajanje toplote (hladilniki, prisilno hlajenje ...). Povprečni prepustni tok (If(av>) Parameter določa povprečno vrednost toka v prevodni smeri, ki ga priporoča proizvajalec za normalno delovanje diode pri določeni temperaturi spoja. Podatek ponavadi velja za polvalno usmerjanje. Ponovitveni temenski prepustni tok (Ifrm) Parameter določa največjo dovoljeno vrednost toka v prevodni smeri za ponavljajoči se signal kakršnekoli oblike (tudi nesinusni signali). 2.4 ZAPORNI VZPOSTAVITVENI ČAS DIODE V stanju prevajanja se v šibko dopiranem področju diode nabirajo manjšinski nosilci naboja, katerih koncentracija je sorazmerna velikosti toka. Ko diodo obremenimo z zaporno napetostjo, le-ta ne more v trenutku preiti iz stanja prevajanja v stanje zapore. Kratek čas pred popolno zaporo, je dioda v kratkem stiku, saj prevaja tok v zaporni smeri toliko časa, dokler ne odvede vsega naboja, ki se je nabral v diodi med prevajanjem. Odvajanje naboja poteka skozi električni tokokrog in z rekom- 129 Informacije M1DEM 25(1995)2, str. 120-141 B. Kren, i. Šorii, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode binacijami manjšinskih nosilcev naboja. Tipičen čas potreben za preklop iz stanja prevajanja v stanje zapore je pri "počasnih" diodah reda velikosti 5 do 50 ju,s. Odstranitev tega naboja ima za posledico generacijo tokovne špice, ki povzroči tudi napetostno špico, slika 26. Omenimo naj, da sta oblika signala in zaporni vzposta-vitveni čas odvisna od naslednjih dejavnikov: toka v prevodni smeri pred preklopom, frekvence preklopa, oblike signala (sinusni, pravokotni, ...), impedance tokokroga, temperature in tipa uporabljene diode. Za počasne diode ponavadi ne podajamo zapornega vzpostavit-venega časa, saj vrednosti tega parametra ne kontroliramo. Nasprotno velja za "hitre" diode, katerih preklopni časi se gibljejo v intervalu nekaj ns do 1 ¡is. Primerjava izhodnih signalov za obe vrsti diod je prikazana na sliki 27. • hitrost spreminjanja toka pri prehodu iz prevajanja v zaporo, dlF/dt • temenski zaporni tok, Irrm • čas, ki je potreben, da tok doseže maksimalno vrednost v zaporni smeri, ta • čas, ki je potreben, da tok pade na 10% maksimalne vrednosti v zaporni smeri, tb • zaporni vzpostavitveni čas diode, trr = ta + tb, ki je dejansko merilo za hitrost preklopa diode iz prevodnega stanja v stanje zapore • shranjeni naboj, Qs, ki ga je potrebno odvesti • hitrost spreminjanja toka pri zmanjševanju tokovne špice, dlfi/dt schottk' 5ns počasne diode 5-20;js b) T PREKLOPNA SPICA POČASEN PREKLOP HITER PREKLOP PREKLOPNA SPICA POLVALNO USMERJANJE PRAVOKOTNEGA SIGNALA PREKLOPNA SPICA POČASEN PREKLOP HITER PREKLOP PREKLOPNA SPICA POLVALNO USMERJANJE SINUSNEGA SIGNALA Slika 27: Primerjava Izhodnih signalov med počasnimi in hitrimi diodami Slika 26: Tokovni impulz pri preklopu diode iz prevodnega v zaporno stanje a) definicija parametrov b) oblika impulza pri različno hitrih diodah Tokovni impulz ob preklopu diode opišemo z naslednjimi parametri, slika 26a: prepustni tok, If Temenski zaporni tok, ki se pojavi pri preklopu, ima lahko negativne posledice za vezje, v katerega je vgrajena dioda, saj lahko povzroči elektromagnetne (EM) motnje. Zaradi tega je zaželjeno, da je parameter dlR/dt čim manjši pri čim krajšem času tb, oz.prehod v zaporo čim mehkejši. Zaporne vzpostavitvene čase diod v praksi ponavadi definiramo s kontrolirano difuzijo zlata, oz. platine v šibko dopirano področje diode, /6/. Temperature difuzije se gibljejo v območju 850 - 1100°C, doseženi preklopni časi 130 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 Td (st.C) I i ■ ■...........i T i - f / - / - 1/ - X T V 1 i1/ - ] I / i ^ i/ i 1 1 1 - 1000/Tp (stopinje Kelvina) Slika 28: Odvisnost preklopnega časa od temperature difuzije zlata pa med 0.5 - 50 ns, slika 28. Na žalost pa vnos zlata pokvari nekatere druge električne parametre diode. čE 40 00 1 30 O CL < N 20-> O o- T=125 St.C ZLATO S = 1.178mm2 PLATINA 40 80 120 160 200 60 100 140 180 NAPETOST V ZAPORNI SMERI Vbr(V) Slika 29: Primerjava tokov puščanja med diodama dopiranih z zlatom, oz. platino Prevodni padec napetosti, kakor tudi tok puščanja se večata s količino zlata v diodi. Kontrola preklopnih časov s platino je primernejša kot z zlatom, saj so tokovi puščanja s platino dopiranih diod skoraj za red velikosti manjši pri enakih vrednostih preklopnih časov, slika 29. 3.0 OSNOVNI TIPI DIOD Osnovna funkcija diod je usmerjanje izmeničnih signalov. Od diode zahtevamo, da se čim bolj približa idealnemu stikalu, oz. da ima čim manjšo prepustno napetost, čim Tabela 1: VRSTA DIODE ELEKTRIČNI PARAMETER TOK USMERJANJA IF(AV) PREPUSTNA NAPETOST VFM ZAPORNA NAPETOST VR ZAPORNI VZP. ČAS trr NAMEN UPORABE USMERNIŠKE DIODE standardne * močnostne " 0.5A do 10A I 1V do 1.1V 6A do 300A I < ali = 1.5V 50V do 1600V 50V do 1600V 5000ns do 20000ns + 50000ns za nizke frekvence do 1 kHz in visoke napetosti in tokove HITRE USMERNIŠKE DIODE fast ultratast ultrafast 0.5A do 10A O.SAdo 10A 0.5A do 10A 1Vdo 1.3V 1V 1.7V 50V do 1000V do 400V do1000V < ali = 500ns 50ns 75ns za frekvence do 100kHz za frekvence do 1MHz SCHOTTKY DIODA 0.5A do 10DA 0.6V 50V 5ns nizke izgube; nizka zap.nap. in za visoke frekv.do neka) MHz SIGNALNA DIODA do 200mA 1V do 200V 2ns do 50ns za male VF signale EL.PARAMETER MOČ ZAP. NAPETOST POSEBNOSTI VRSTA DIODE P VR NAČIN DELOVANJA |ZENER DIODA 1W do 12.5W (50W) 2.7V do 33V (200V) Uz je delovna napetost / stalni J OMEJILNE NIZKONAPETOSTNE DIODE 1W do 1,5W 0.8 do 6.4V Uz je delovna napetost stalni ali Impulzni način delovanja SUPPRESSOR 400W do 1500W 6.8V do 400V Uz je deiovna napetost DIODA oz (5-15KW) v 1ms impulzni način delovanja 131 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 __ manjši zaporni tok, čim višjo prebojno napetost ter ustrezno hitro in mehko preklopno karakteristiko. B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Na sliki 30 je podana nazorna primerjava med električnimi karakteristikami posameznih tipov diod. Izmenični signali, katere želimo usmeriti, so po svojem izvoru in parametrih različni in sicer: 8 povprečni prepustni tok: od nekaj mA do nekaj 100 A 8 zaporna napetost: od nekaj V do nekaj 10kV 8 frekvenca delovanja: od nekaj Hz do nekaj GHz Temu primerno so tudi v tabeli 1 razdeljene diode z različnimi električnimi parametri, ki naj bi pokrivale cel spekter uporab In signalov, ki jih je potrebno usmeriti. FAV schottky počasna hitre zelo , , h ¡tre // / / 0.4 a) Ubr 1 0.9 1.1 1.5 U(V) f 600V 1000V 600V 100 V i počasne hitre zelo hitre schottky b) zelo hitre počasne diode 5-20ps C) Slika 30: Kvalitativna primerjava električnih karakteristik posameznih tipov diod a) prevodna smer b) zaporna smer c) preklop iz prevajanja v zaporo 3.1 HITRE IN ULTRAHITRE USMERNISKE DIODE Navadne usmerniške diode uporabljamo za usmerjanje nlzkofrekvenčnih, nizkonapetostnih/tokovnih In visokonapetostnih/tokovnih signalov. Hitre In ultrahitre diode uporabljamo za usmerjanje signalov v frekvenčnem območju od nekaj kHz do 1 MHz. Ena od najbolj razširjenih in popularnih uporab ultrahltrlh diod je v stikalnih napajalnikih (Switch Mode Power Supply - SMPS). Mejne frekvence delovanja teh napajalnikov se vse bolj približujejo 1 MHz, zato je razumljiva vse večja potreba po hitrih in ultrahitrih diodah. Tipična električna shema SMPS napajalnika je razvidna Iz slike 31. Sestoji se iz naslednjih podsestavov: vhodni usmernik s filtrom, kontrolna enota z razsmernlkom, visokofrekvenčni transformator in Izhodni usmernik s filtrom. Izmenično napetost vhodne linije tak usmernik razseka s frekvenco 20 do 200 kHz, katero potem usmeri izhodni usmernik. Vhodna dioda D1 je standardna usmerniška dioda, medtem ko Izhodni diodi D4 In D5 delata na visoki frekvenci. D4 je ponavadi ultrahitra dioda, D5 pa Schottky dioda, ki ima Izredno nizek padec napetosti v prevodni smeri. Visokonapetostni diodi D2 In D3 sta bodisi hitri, oz. ultrahltri diodi. Razmerje med uporabljenimi diodami je tako sledeče: • 25% standardna usmerniška dioda • 75% hitra ali ultrahitra dioda Vi ï± D4 -X— C I2V IZHOD =8 DC ti -w 12hoo Slika 31: Primer uporabe usmerniških diod v SMPS napajalniku Pomembna parametra ultrahitrih diod pri načrtovanju uporabe v SMPS sta: • prepustna napetost, Vfm, ki mora biti čim nižja, saj so izgube v prevodni smeri temu direktno sorazmerne • zaporni vzpostavltveni čas, ki naj bo čim krajši, sama oblika preklopne karakteristike pa čim mehkejša, s čimer se ognemo Indukciji EM motenj v napajalniku in Izgubam v zapori Vsi osebni računalniki, monitorji, TV sprejemniki, naprave za izkoriščanje sončne energije, napetostni regulatorji in brezprekinitvene napajalne naprave vsebujejo SMPS. 132 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 Tabela 2: Električne karakteristike ultrahitrih diod UF 400x iz programa Iskre SEMICON d. d. Parameter Simbol En. UF4001 UF4003 UF4005 UF4007 Neponovitvena temenska zaporna napetost Vrsm V 60 240 720 1200 Ponovitvena temenska zaporna napetost Vrrm V 50 200 600 1000 Povprečni prepustni tok Ta = 25°C Ifav A 1 Udarni prepustni tok, 1 cikel, 10 ms, sinusni signal, Tj=25°C ipSM A 30 Zaporni vzpostavitveni čas Ip=0.5A, Ir=1A, I„f=0.25A Irr ns 50 75 Zaporni tok pri Vrrm, Tj=25°C Ir |iA 10 Zaporni tok pri Vrrm, Tj=125°C Ir FiA 50 Prepustna napetost pri 1 A, Tj=25°C Vfm V 1 1.7 Tipični termični upor, spoj - izvod R(hil KAV 25 Delovna in temperatura skladiščenja T 1 op °c -65 do + 150 V tabeli 2 smo zbrali tipične električne karakteristike ultrahitrih diod iz proizvodnega programa Iskre SEMICON d.d. iz Trbovelj. 3.2 ZENER DIODE Osnovna raba Zenerjevih diod je v vezjih za regulacijo napetosti. Osnovna inačica regulatorja napetosti je prikazana na sliki 32. Izhodna napetost Vo naj bo čim manj občutljiva na spremembe vhodne napetosti, Vi, toka skozi breme, II, in spremembe temperature T. Velja najprej: -AVv- Rs Rz Vz % ZENER DIODA | «L Vo Slika 32: Osnovno vezje za regulacijo napetosti z Zener diodo v0=vR+vllT R* R, Ry (4) + 1 in še Tabela 3: Električne karakteristike 1.3 W Zener diod iz programa Iskre SEMICON d. d. Vn V, 1+Rs ___RSRZ Rs R, + R7 (5) R 7 R, Pogoji za dobro napetostno regulacijo so: • nizka serijska upornost Zenerjeve diode • absolutno majhen temperaturni koeficient spremembe Zenerjeve napetosti Tudi upor Rs moramo tako izbrati, da Zenerjev tok ne pade pod neki minimalni tok Iz(min), ko Zenerjeva dioda ne bi več delovala v področju preboja, s čimer bi bila onemogočena napetostna regulacija. V tabeli 3 smo zbrali tipične električne karakteristike Zener diod iz proizvodnega programa Iskre SEMICON d.d. iz Trbovelj. U, pri I, I, i? maks. r? maks. Un mu!. Tip maks. pri pri min. 0 „„» = 45 °C pri Ir - 1 OfjA (V) (mA) (mA) (O) (V) BZX85C5V1 4,80 5,40 100 215 5 0.7 BZX85C5V6 5,20 6,00 100 190 2 1,5 BZX85C6V2 5,80 6,60 100 180 2 2 BZX85C6V8 6,40 7,20 100 155 2 3 BZX85C7V5 7,00 7.90 100 140 2 5 BZX 85 C8 V2 7,70 8,70 100 127 2 6 BZX85C9V1 8,50 9.60 50 115 4 7 BZX85C10 9,40 10,6 50 105 4 7,5 8ZX85C11 10,4 11,7 50 95 7 8,5 ■OZX85 C1 2 11,4 12,6 50 85 7 9 BZX 85 C13 12,4 14,1 50 78 9 10 BZX 85 C15 13,8 15,8 50 70 9 11 BZX 85 C16 15,3 17,1 25 63 10 12 8ZX85C18 16,8 19,1 25 57 11 14 BZX 85 C20 18,8 21,2 25 52 12 15 BZX 85 C22 20.8 23,3 25 48 13 17 BZX 85 C24 22,8 25,6 25 42 14 18 BZX85C27 25,1 28.9 25 38 15 20 BZX 85 C30 28 32 25 35 20 22,5 BZX 85 C33 31 35 25 31 20 25 | 133 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 ____ _ 3.3 SCHOTTKY DIODE l-V karakteristika Schottky diode, oz. diode s spojem kovina/polprevodnik, je zelo blizu idealni. Odlikujeta jo zlasti nizek padec napetosti v prevodni smeri ter izredno nizki preklopni časi, sa[ tok v Schottky diodi prevajajo večinski nosilci naboja. Zal, z današnjo tehnologijo lahko izdelamo le Schottky diode s prebojnimi napetostmi pod 100 V in visokimi tokovi puščanja, ki postanejo še posebej izraziti pri visoki temperaturi. Poleg uporabe v mikrovalovni tehniki, je zlasti razširjena uporaba teh diod v vezjih za SMPS, poglavje 3.1. V tabeli 4 podajamo tipične električne karakteristike Schottky diode 1N5825 iz kataloga firme MOTOROLA Tabela 4: Tipične električne karakteristike Schottky diode 1N5825 firme MOTOROLA Parameter Simbol Enota Vrednost Neponovitvena temenska zaporna napetost Vrsm V 48 Ponovitvena temenska zaporna napetost Vrrm v 40 Povprečni prepustni tok If(av) A 15 Udarni prepustni tok Ifsm A 500 Zaporni tok 25°C Ir mA 10 100°C 150 Prepustna napetost 3 A Vfm v 0.350 5 A 0.380 15.7 A 0.520 3.4 SUPRESORSKE DIODE Supresorske diode, SD, so posebne Zener diode namenjene omejitvi prenapetosti, ki se lahko pojavi na napajalni liniji, oz. zaščiti občutljivih elektronskih komponent pred napetostno-tokovnimi špicami. Če napetost na diodi preseže Zenerjevo napetost, dioda začne prevajati, oz. mora prevzeti vso energijo impulza na sebe v zelo kratkem času. Tej zahtevi morajo biti ustrezno izbrani tehnologija izdelave tabletke, tehnologija montaže in ohišje. Tipične moči, ki jih mora prenesti SD se gibljejo v območju 400 - 5000 W, kar pomeni 0.55 - 7 J absorbirane energije v času do 1 ms. Tipične Zenerjeve napetosti pa se gibljejo v območju od nekaj voltov do nekaj sto voltov. SD niso edine komponente, ki jih lahko uporabimo za prenapetostno zaščito. Varistorji, plinski odvodniki, iskri-šča in raznovrstni filtri, bodisi posamezno ali pa kot medsebojne kombinacije so pogosto v rabi. V tabeli 5 podajamo primerjavo med SD in kovinskooksidnimi varistorji. B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Tabela 5: Primerjava med kovinskooksidnimi varistorji in supresorskimi diodami KOVINSKOOKSIDNI VARISTOR SUPRESORSKA DIODA omejilna napetost se bistveno razlikuje od delovne omejilna napetost je blizu delovni ima simetrično dvosmerno l-V karakteristiko standardne SD se obnašajo kot Zener diode; na razpolago so tudi SD s simetrično dvosmerno 1 - V karakteristiko absorpcija moči na enoto cene je večja kot pri SD, za dosego definirane omejilne napetosti pa bi morali močno predimenzionirati element, kar bi podražilo sistem dobro definirana omejilna napetost, kar v končni fazi poceni sistem vgrajeni notranji mehanizmi povzročajo degradacijo omejilne napetosti z vsakim impulzom nI notranjega mehanizma, ki bi povzročil degradacijo omejilne napetosti Idealen za grobo zaščito AC linij idealen za natančno zaščito DC in AC linij zmožnost enkratne absorpcije velikih tokovnih šplc zmožnost absorpcije večkratnih srednje visokih tokovnih špic v primeru prenapetosti degradira v primeru prenapetosti pride v kratek stik zdrži visoke napetosti omejena uporaba pri visokonapetostnih špicah. razen če ne uporabimo več SD v seriji slabo omejuje nizkonapetostne špice zmožnost omejevanja nizkonapetostnih špic SD priključimo vzporedno z elementom, ki ga želimo ščititi, saj na ta način lahko energijsko špico učinkovito usmerimo na zaščitni element, slika 33. Pri izbiri SD moramo biti pozorni na naslednje električne parametre, slika 34: • Vrwm: temenska delovna napetost, ko SD še ne pravaja toka, oz. tok ki teče skozi SD je le tok puščanja diode v reverzni smeri 0 V(br): prebojna napetost 8 Vrsm: temenska zaporna (omejilna) napetost, ki jo podajamo skupaj z Irsm • Irsm: neponovitveni temenski zaporni tok, pri čemer ne sme biti presežena največja dovoljena poraba moči na SD pri trajanju impulza 1 ms V praksi izberemo tako SD, katere parameter Vrvvm je nekoliko višji od specificirane največje delovne napetosti elementa, ki ga ščitimo. Pri normalnih pogojih skozi SD teče majhen tok. Ko nastopi špica, SD deluje kot element z zelo nizko dinamično upornostjo, na njej pa se razvije napetost, ki je nekoliko višja od V(br). Dejanska vrednost omejilne napetosti na SD je določena s tokovno špico skozi SD. 134 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 NAPETOST Slika 33: Zaščita elementa s SD Slika 34: K definiciji električnih parametrov za SD VRSM V{BR) vrwm AC INPUT DC MOČNOSTNI NAPAJALNIK ZAŠČITA NAPETOSTNEGA REGULATORJA NA VHODU IN IZHODU ZAŠČITA TRANZISTORJA Z INDUKTIVNIH BREMENOM SD ZAŠČITA RAČUNALNIŠKIH POVEZAV ■ Gnd -v— SD Slika 35: Primeri uporabe SD 135 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Nekaj tipičnih primerov vezij z vgrajeno SD zaščito je prikazanih na sliki 35, v tabeli 6 pa podajamo kratko preglednico tipičnih električnih parametrov nekaterih SD firme MOTOROLA. Tabela 6 Preglednica električnih parametrov nekaterih S D firme MOTOROLA TIP SD Vbr v @ Ir mA Vrwm v Ir @ Vrwm ha Irsm A Vrsm pri Irsm V 1N6373 6.0 1.0 5.0 300 160 9.4 1N6389 52.9 1.0 45 2.0 19 78.9 1 N6299 150 1.0 121.0 5.0 7.0 215.0 1N6303 200 1.0 162 5.0 5.2 287 4.0 TEHNOLOGIJE ZA IZDELAVO SILICIJEVIH USMERNIŠKIH DIOD Obstaja veliko različnih tehnologij za izdelavo silicijevih diod. Izbira ustrezne tehnologije je odvisna od tega, kakšen končen izdelek želimo. S tem predvsem mislimo na njegove električne in zanesljivostne karakteristike ter ceno, ki jo lahko dosežemo na trgu. Določeni tehnološki koraki so skupni vsem tehnologijam, drugi so zopet značilni le za nekatere. V vsakem primeru je substrat silicijeva rezina točno določene specifične upornosti, v katero, s pomočjo postopka difuzije iz trdnih, tekočih aH plinskih izvorov, vnesemo dopante n (fosfor) in p (bor) tipa. Diodno tabletko je potrebno pasivirati in metalizirati, s čimer omogočimo spajkanje na zunanje priključke. Sledi zapiranje v stekleno, oz. v večini primerov plastično ohišje, temu meritev električnih karakteristik in na koncu označevanje. Glede na to, kdaj in kako definiramo geometrijo diodne tabletke, ločimo tehnologije za izdelavo diod v dve veliki skupini: • slojna tehnologija: velikost diodne tabletke določimo po postopkih difuzije in metalizacije z žaganjem, oz. jedkanjem čipa; ravno tako je pasivacija ponavadi izvedena po tem, ko je diodna tabletka že zaspajkana na priključne žičke; p-n spoj je raven z negativno ali pozitivno zaključitvijo na robu tabletk • planarna tehnologija: vse operacije vključno s pasi-vacijo in metalizacijo izvedemo na nivoju rezine; geometrija tabletke je določena z uporabo mask, z žaganjem samo razkosamo rezino na tabletke; p-n spoj je bodisi raven z negativno/pozitivno zaključitvijo ali pa planaren brez oz. z zaključitvijo s plavajočimi obroči, oz. poljsko elektrodo. 4.1 SLOJNA TEHNOLOGIJA Tipični potek korakov za izdelavo slojnih diod je naslednji: ® Silicijeva rezina, debelina okoli 205 jim, specifična upornost 40 - 60 Ocm, dopirana s fosforjem • Čiščenje rezin in priprava površine • Dvostranska difuzija bora in fosforja iz lističev, 1250°C, nekaj ur • Kratka oksidacija površine v pari ® Jedkanje, čiščenje in priprava površine 8 Nanos izvora zlata na rezine, sušenje'1' 8 Difuzija zlata, 850 - 1000°C, N2* 8 Jedkanje, čiščenje in priprava površine 8 Nanos niklja na obe strani 8 Legiranje niklja 8 Jedkanje, čiščenje in priprava površine ® Nanos drugega niklja in zlata na obe strani 8 Razrez rezine na tabletke (ravni ali žagin list z naklonom) 8 Spajkanje tabletk na priključne žičke 8 Jedkanje tabletk 8 Izpiranje, čiščenje, sušenje 8 Nanos pasivacije (silikonska guma, poliimid) 8 Polimerizacija 8 Zapiranje v plastiko 8 Staranje plastike 8 Kositranje priključkov 8 Električne meritve • difuzijo zlata izvajamo po potrebi za kontrolo zapornega vzpostavitvenega časa Na sliki 36 prikazujemo presek na ta način izdelane diode, na sliki 37 pa profil dopantov skozi celotno strukturo diode. Po Spajkanju) slojno tehnologijo a) zaključek p-n spoja z naklonom b) raven zaključek p-n spoja 136 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 1E21 1E13 - 60 100 GLOBINA (^um) Slika 37: Profil dopantov v slojni diodi Tehnologija izdelave Zener diod je nekoliko specifična in se od zgoraj naštete razlikuje v naslednjih korakih: • Specifična upornost silicijevih rezin je bistveno manjša (od 20 mižcm naprej) • Difuzija p+ je plitvejša z ostrim koncentracijskim profilom To je lepo razvidno s slike 38, kjer prikazujemo profil dopantov v nizkonapetostni Zener diodi. Na sliki 39 pa podajamo eksperimentalno dobljeno odvisnost Zener-jeve napetosti od specifične upornosti substrata. 4.2 PLANARNA TEHNOLOGIJA Tipični potek korakov za izdelavo pianarnih signalnih diod v steklenem ohišju na 100 |a.m rezinah je naslednji: p + H r~ n + GLOBINA (/Ura) Slika 38: Profil dopantov v Zener diodi 40 35- 30- o i-LU o. < z < > UJ Z LU N 25 20 60 100 140 180 220 260 300 SPECIFIČNA UPORNOST SUBSTRATA (mOhrncm) Slika 39: Odvisnost Zenerjeve napetosti od specifične upornosti substrata Na zgoraj opisani način izdelujemo usmerniške diode s prebojnimi napetostmi do 1600 V, hitre usmerniške diode s prebojnimi napetostmi od 400 V do 1200 V, Zener diode s prebojnimi napetostmi od 10 V naprej, supresorske diode ipd... ® Silicijeva rezina debeline okoli 500 ¡.tm, substrat As, specifična upornost 5-15 mQcm, EPI plast 15 - 20 |im, specifična upornost 2 - 20 Qcm*, dopirana s fosforjem 8 Čiščenje površine 8 Osnovna oksidacija 8 Priprava površine, nanos fotorezista 8 I.MASKA za difuzijo p + , jedkanje oksida, odstranjevanje fotorezista 8 Predepozicija bora iz trdnega izvora 8 Difuzija bora 8 Nanos LPCVD silicijevega nitrida (primarna pasivacija) 8 Priprava površine, nanos fotorezista 8 II.MASKA za kontakte, jedkanje nitrida in oksida, odstranjevanje fotorezista 8 Nanos izvora zlata ali platine na rezine, sušenje 8 Difuzija zlata/platine 8 Nanos in legiranje paladija v kontaktih 8 Tanjšanje rezin 8 Nikljanje hrbtne strani 8 Srebrenje kontaktov 8 Legiranje metalizacije 8 Razrez rezine na tabletke 8 Zapiranje tabletk v steklena ohišja 8 Kositranje priključkov 8 Električne meritve * z debelino in plastno upornostjo EPI plasti določamo prebojne karakteristike diode; planarne signalne diode iz programa Iskre SEMICON imajo prebojne napetosti do 250 V. Na sliki 40 prikazujemo presek na ta način izdelane diode, na sliki 41 pa profil dopantov v taki strukturi. Nekoliko drugače izdelujemo ultrahitre diode s stekleno pasivacijo. Zahteve po nizkih preklopnih časih, nizkih padcih napetosti v prevodni smeri in nizkih prebojnih napetostih (do 250 V) relativno lahko realiziramo s tehnologijo izdelave na rezinah z EPI plastjo in plitkimi p+n spoji. Potek korakov je naslednji: • Silicijeva rezina debeline okoli 500 |o.m, substrat Sb, specifična upornost 25 mQcm, EPI plast 20-30 jim, specifična upornost 2 - 20 Qcm*, dopirana s fosforjem 137 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode SREBRNA BUNKICA METALIZACUA Slika 40: Presek planarne signalne diode ' Nanos metalizacije na čelno stran rezine » Priprava površine, nanos fotorezista 9 III.MASKA za metalizacijo, jedkanje metalizacije, odstranjevanje fotorezista » Nanos metalizacije na hrbtno stran rezine > Legiranje metalizacije • Razrez rezine na tabletke • Spajkanje tabletk na priključne žičke » Zapiranje v plastiko • Staranje plastike • Kositranje priključkov > Električne meritve r z debelino in plastno upornostjo EPI plasti določamo prebojne karakteristike diode: ultrahitre diode iz programa Iskre SEMI-CON imajo prebojne napetosti do 250 V 1E20 < oi o z: o 1 E1 5 P + n + 10 20 GLOBINA (/um) Slika 41: Profil dopantov v planarni signalni diodi Na sliki 42 prikazujemo presek na ta način izdelane diode, na sliki 43 pa profil dopantov skozi celotno strukturo diode. steklo SUBSTRAT METALIZACUA Slika 42: Presek planarne ultrahitre diode z jedkanim kanalom Čiščenje površine Predepozicija bora iz trdnega izvora Difuzija bora čiščenje površine Osnovna oksidacija Priprava površine, nanos fotorezista I.MASKA za jedkanje kanalov, jedkanje oksida, stranjevanje fotorezista Jedkanje silicija, cca 30 |i.m, jedkanje oksida Nanos izvora zlata ali platine na rezine, sušenje Difuzija zlata/platine Nanos mešanice stekla in fotorezista, sušenje II.MASKA za pasivacijo, osvetljevanje Sežig fotorezista in formiranje stekla pri 850°C Priprava površine pred nanosom metalizacije od- 1E20 c o: i— z z: o i*: 1 £ 1 4 P + n + -1- 10 30 GLOBINA (/um) Slika 43: Profil dopantov v planarni ultrahitri diodi 138 B. Kren, I. Šorli, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 120-141 Tudi Schottky diode ponavadi izdelujemo s planarno tehnologijo. Osnovnega p-n spoja v tem primeru ni, saj gre za stik kovina - polprevodnik, čeprav moramo na robovih stika difundirati varovalni obroč p tipa. Na sliki 44 prikazujemo presek Schottky diode izdelane na rezini z debelino EPI plasti 4 fim in specifično upornostjo okoli 1.7 Qcm, /8/. Slika 44: Presek tipične Schottky diode 5.0 KVALITETA IN ZANESLJIVOST DIOD Govoriti in pisati o kvaliteti izdelkov je nehvaležna zadeva. Zlasti za področje polprevodnikov in mikroelektronike že dolgo časa ne govorimo več o ugotavljanju ali zagotavljanju kakovosti, temveč o TQM - sistemu celovitega obvladovanja kakovosti, /9/. Uvedba tega sistema v vsakdan podjetja pomeni spremembo kulture vedenja in dela zaposlenih. Na vseh nivojih podjetja, od vodstva pa do čistilke, vsi morajo biti udeleženi v omenjenem procesu. Gre torej za obvladovanje tehničnih, ekonomskih, administrativnih in človeških faktorjev, da se preprečijo kakršnekoli neskladnosti in pomanjkljivosti. Obvladovan proces mora torej v vsakem trenutku kupcu zagotoviti proizvod, ki ga ta pričakuje. Stvar se začne že pri ustrezni definiciji izdelka za potrebe trga. Temu sledi razvoj novega izdelka, v katerega je potrebno vgraditi zanesljivost tako, da bo čim manj občutljiv na procesno - tehnološke variacije. Naslednji korak je izdelava prototipa in njegova evaluacija, ko je potrebno pazljivo spremljati obnašanje izdelka, odziv kupcev ter ustrezno odpravljati morebitne napake. Uvajanje izdelka v proizvodnjo, ki sledi fazi razvoja, zahteva sodelovanje več služb kot npr. razvoja, nabave in proizvodnje. V procesu uvajanja je potrebno definirati ustrezne specifikacije vhodnih materialov, nabavnih poti in zlasti identificirati kritične tehnološke korake in parametre, ki jih je potrebno spremljati in uvrstiti v program SPC - statistične kontrole procesa. Po določenem času proizvajanja izdelka je potrebno te SPC parametre analizirati, ugotoviti razloge za odstopanja od pričakovanih vrednosti in ustrezno ukrepati. Ponovljivost in kontrolabilnost vseh parametrov sta pogoj za doseganje tki. zmogljivosti procesa, kar je merilo, da smo zmožni proizvajati izdelek konsistentno v skladu z zahtevanimi parametri. Kljub vsem naporom in zagotovilom o vgrajeni zanesljivosti na vseh nivojih proizvodnega in upravnega procesa neke tovarne, mora oddelek za kontrolo kvalitete in zanesljivosti vsaj občasno izvajati UGOTAVLJANJE ZANESLJIVOSTI v skladu z nekim vnaprej definiranim programom za ugotavljanje zanesljivosti. V nadaljevanju bomo našteli nekatere tipične teste, ki jih izvajamo na silicijevih diodah v okviru tega programa. AVTOKLAVA Avtoklava je test, kjer ugotavljamo odpornost Izdelka na prodor vlage in odpornost na galvansko korozijo. To je izredno pospešen in destruktiven test. Tipični testni pogoji: Ta =121°C, rh =100%, p =1 bar, t = 8 - 96 ur Tipične oblike odpovedi: spremembe električnih parametrov, visoki tokovi puščanja Tipični mehanizmi odpovedi: korozija tabletke, kontaminacija v ohišju, slabo tesnenje ohišja H3TRB test (High Humidity High Temperature Reverse Bias) Pri tem testu merimo odpornost proti vlagi v plastično ohišje zaprte diode. Diodo priključimo na napetost, s čimer ustvarimo elektrolitsko celico, kar pospeši korozijo metalizacije. S časom je to destruktiven test. Tipični testni pogoji: Ta = 85°C, rh = 85%, napetost = 80%Vrrm, t =1000 ur Tipične oblike odpovedi: sprememba toka puščanja Tipični mehanizmi odpovedi: korozija tabletke, kontaminacija ohišja, slabo tesnenje ohišja HTRB test (High Temperature Reverse Bias) Namen tega testa je ob povišani temperaturi in s pomočjo električnega polja sprožiti gibanje gibljivih nabojev v strukturi in tako inducirati poti površinskega puščanja na spoju. Tipični testni pogoji: Ta =150°C, napetost: Urrm, t=120 - 1000 ur (tipično 168 ur) Tipične oblike odpovedi: sprememba toka puščanja Tipični mehanizmi odpovedi: ionska kontaminacija roba tabletke, oz. površine pod metalizacijo tabletke HTSL test (High Temperature Storage Life) Namen testa je pospešiti mehanizme odpovedi, ki se aktivirajo termično na povišani temperaturi. Tipični testni pogoji: Ta =150°C, brez napetosti, t=24 do 2500 ur Tipične oblike odpovedi: sprememba toka puščanja 139 Informacije MIDEM 25(1995)2, str, 120-141 B. Kren, I. Šorli, R, Ročak, S. Stradar, Z, Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Tipični mehanizmi odpovedi: defekti znotraj tabletke, di-fuzijski defekti MEHANSKE OBREMENITVE Namen testa je ugotoviti zmožnost izdelka, da prenese nenadne mehanske obremenitve, ki se lahko pojavijo med rokovanjem, transportom ali med uporabo. Tipični testni pogoji: pospešek=1500 g, orientacija X1, Y1, Y2 ravnina, t=0.5 ms Tipične oblike odpovedi: odprte sponke, kratek stik, mehanski defekti, prekomerno puščanje Tipični mehanizmi odpovedi: počena tabletka, defekti v ohišju SPAJKLJIVOST Namen testa je ugotoviti spajkljivost izvodov po določenem času skladiščenja. Tipični testni pogoji: staranje v pari: 8 ur, fluks=R, spajka =Sn60, T = 230°C, t=2s Tipične oblike odpovedi: luknjice, slaba omočljivost Tipični mehanizmi odpovedi: slabo kositranje, kontaminacija izvodov TEMPERATURA S PA J KANJA Namen testa je ugotoviti, ali izdelek prenese temperature, ki se lahko pojavijo pri avtomatskem spajkanju. Končni test je električni. Tipični testni pogoji: temperatura spajke : 260°C, t =10s Tipične oblike odpovedi: spremembe električnih parametrov, mehanske odpovedi Tipični mehanizmi odpovedi: slabo ohišje SSOL test (Steady State Operating Life) Namen testa je ugotoviti stabilnost notranjosti tabletke in ustvariti defekte, ki se kažejo kot časovno - napetostno odvisne odpovedi. Tipični testni pogoji: Ta=25°C, napetost: Vrrm, t =16- 1000 ur (tipično 168 ur) Tipične oblike odpovedi: spremembe električnih parametrov, katastrofalne odpovedi Tipični mehanizmi odpovedi: tujki, počena tabletka, metalizacija, slabo spajkanje IOL test (Intermittent Operating Life) Namen testa je enak kot pri SSOL, le da želimo s termično obremenitvijo dodatno testirati neoporečnost spajkanja tabletke na izvode. Tipični testni pogoji: Pd = maksimalna specificirana vrednost, toN = 5s pri Tj = 145°C, toFF=10s pri Tj=45°C, število ciklov: 42 - 30000 (tipično 10000) Tipične oblike odpovedi: spremembe električnih parametrov, katastrofalne odpovedi Tipični mehanizmi odpovedi: tujki, razpoke v tabletki, poškodbe metalizacije TERMIČNI ŠOKI Namen testa je ugotoviti zmožnost izdelka, da prenese tako visoke/nizke temperature, kakor tudi nenadne prehode med obema temperaturnima maksimumoma. Tipični testni pogoji:TA = -65 do 200°C, število ciklov 10 do 1000, t = 10min Tipične oblike odpovedi: spremembe električnih parametrov (Vfm, Ir), katastrofalne odpovedi Tipični mehanizmi odpovedi: razpoke v tabletki, odpovedi v ohišju ROBUSTNOST IZVODOV DIOD Namen testa je ugotoviti vzdržljivost pri nategu, zvijanju in sukanju. Tipični testni pogoji: sila natega: 50 N, t =10 s, sila upogiba: 5 N, t =2-3 s, sukanje 0° -180° -0° Sledi vizuelni pregled in električne meritve. Tipične oblike odpovedi: povečanje Vfm, povečanje toka puščanja, odprte sponke Tipični mehanizmi odpovedi: odtrgana tabletka, poškodovana tabletka, poškodovani izvodi 6.0 ZAKLJUČEK Spojna dioda je osnovni gradnik integriranih vezij, teorija p-n spoj^ pa pomeni osnovo za pojasnjevanje delovanja vseh ostalih polprevodnikih elementov. Čeprav na prvi pogled enostaven element, tehnologija izdelave diskretne diode pa pogostokrat mačehovsko obravnavana, industrijska izdelava silicijevih diod zahteva podobne prijeme kot katerakoli druga proizvodnja mikro-elektronskih elementov. V primerjavi s tehnologijo izdelave diod izpred let, današnja tehnologija uvaja nekatere nove tehnološke prijeme in materiale, katerih cilj je povečanje produktivnosti, izplenov in kvalitete izdelka. Tipična tovarna diod mora danes obvladovati ne samo širokoserijsko proizvodnjo enega ali nekaj tipov izdelkov, temveč mora biti usposobljena voditi vzporedno tudi strategijo razvojne tovarne. Tisti, ki bo danes trgu ponudil široko paleto različnih tipov diod (usmerniške, močnostne, hitre, ultrahitre, signalne, Zener, supresor, Schottky, ipd.) ima veliko več možnosti prilagajanja in s tem obstanka na trgu. 140 B. Kren, I. Šorii, R. Ročak, S. Stradar, Z. Zupančič: Silicijeve usmerniške diode Informacije MIDtM 25(1995)2, str. 120-141 7.0 LITERATURA /1/ W. Shockley, "The Theory of p-n Junctions in Semiconductors and p-n Junction Transistor", Bell Syst. Tech. J., 28, 435, (1949); Electrons and Holes in Semiconductors, D.Van Nostrand, Princeton, N.J., 1950 /2/ S.M. Sze. Physics of Semiconductor Devices . J.Wiley and Sons, 1981 /3/ J. Furlan, Teorija nelinearnih elementov, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo. Ljubljana, 1984 /4/ B.J. Baliga, Modem Power Devices, J, Wiley and Sons, 1987 /5/ F. Conti, M. Conti, "Surface Breakdown in Silicon Planar Diodes Equiped with Field Plate". Solid State Electronics. 1972, vol. 15. pp 93 - 105 /6/ I. Šorli, B Kren, R. Ročak, Z. Bele, "Comparison of Gold and Platinum Doped Silicon Diodes", Proceedings of MIEL-SD'94, Bled 1994, Slovenia /7/ B.Kren, i.Šorii, R.Ročak. Z. Bele. M, Stipančič, A. Delač, Z. Zupančič. M. Kramberger, "Testchip for Evaluation of Silicon Planar Diodes", Proceedings of MIEL-SD'93, Bled, Slovenia /8/ A, Pintar, J. Razinger, A, Keržič, "Notranji fizikalni pojavi na prehodu kovina - polprevodnik pri Schottkyjevi diodi". Zbornik referatov XXV.Jugoslovanskega simpozija o elektronskih sestavnih delih in materialih - SD89, Maribor, 1989, MIDEM mag.Brane Kren, dipl.ing., mag.Iztok Šorli, dipl.ing., dr.Rudolf Ročak, dipl.ing. MIKROIKS d.o.o., Dunajska 5, 61000 Ljubljana, Slovenija tel. +386(0)61 312 898, fax. +386 (0)61 319 170 Stane Stradar, dipl.ing., Zmago Zupančič, dipl.ing. Iskra SEM ICON d.d., Gabrsko 12, 61420 Trbovlje, Slovenija tel. +386 (0)601 27425, fax. +386 (0)601 27 374 /9/ i. Pompe, "Sistem celovitega obvladovanja kakovosti informacije MIDEM 25(1995)1. marec 1995 TQM" Prispelo (Arrived): 03.07.1995 Sprejeto (Accepted): 11.07.1995 141 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana UDK 621,3:(53+54+621 +66), ISSN0352-9045 THE INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL CONDITIONS ON THE ELECTRICAL INSULATION PROPERTIES OF POLYAMID PLASTIC PARTS Martin Bizjak, ISKRA Stirel, Videm-Dobrepolje, Slovenija Keywords: plastics, polyamid resins, environment conditions, ageing, climatic conditions, hygroscopy, ageing phenomena, surface phenomena, insulation resistance, phosphoric acid, insulating characteristics, electrical properties, air humidity, chemical reactions, plastic additives, failure analysis Abstract: insulating characteristics of plastic parts in electrical devices can be essentialy reduced due to ageing under the influence of combined climatic conditions (humidity, solar irradiation, dust, air polluting agents, etc.), therefore devices in normal operation often exibit failures or malfunctions. At specific ambient conditions the ageing phenomena could be very active for specific type of plastic material, as it is illustrated in the example of polyamid ageing and reducing its insulating resistance. Vplivi lokalnih klimatskih razmer na električne izolacijske lastnosti poliamidnih plastičnih delov Ključne besede: smole umetne, smole poliamidne, pogoji okolja, higroskopija, posledice staranja, pojavi površinski, upornost izolacijska, kislina fosforna, lastnosti izolirne, lastnosti električne, vlaga zraka, reakcije kemične, dodatki smolam umetnim, analize odpovedi Povzetek: Električne izolacijske lastnosti sestavnih delov iz umetnih smol v električnih napravah in elementih pod vplivom lokalnih klimatskih razmer (vlaga, UV sevanje, prah, onesnaženost zraka in podobno) utrpijo posledice staranja, zato se pri njihovem delovanju lahko pojavljajo napake. Za določen tip umetnih smol je učinek nekaterih klimatskih dejavnikov še posebej izrazit, kot je prikazano v primeru staranja poliamidnih plastičnih delov in sprememb v njihovi izolacijski upornosti. 1. Introduction Polyamid resins reinforced by gias fibres have almost entirely replaced phenolic-based resins in wide field of application in the production of electrical devices. Thus electric insulating parts carrying electric conductive parts, housings and covers of electric devices, formerly made of well-known bakelite are nowadays made mostly of polyamide resin, because of better resistivity to absorption of moist and consequently also better resistivity to creepage currents. For electric insulating parts in electric devices the 6,6-polyamides are applied, which exibit relative high hygroscopy, and 6,10-polyamides with lower hygroscopy /1/. The problem of water absorption in polyamld-based plastics can be indicated after long-time exposure even in environments with moderate humidity, demonstrated in the reduction of insulating resistance, which can lead to failures in operation of electric devices. Special study was carried-out on telecommunication relays in telephone-ex-change offices, having relay base with contact carrying parts made of 6,6-polyamid reinforced by glass fibres. Relays often operated in ambients with intentionaly higher air humidity, sometimes greater than 60% relative humidity, but below the dew point. 2. Surface phenomena on polyamid parts after long time exposure Ageing of polyamid parts of telecommunication relays under the influence of humid air consequently caused failures in transmission of telecommunication signals due to high isolation currents flowing between separated contacts. Isolation currents are found to have the same order of magnitude as currents conducted through closed contact circuits of relays. Electric currents of such magnitude are able to flow between isolated electric conductive parts separated by plastic surface on the distance of some mm under the electric potential difference of a few 10 V. In order to mantain low contact resistance of telecommunication relays the ambient air is often humidified by special air conditionning. At an inspection of failures on telephone exchange station, installed in the ambient with special air humidifier, the phenomena of reduced electric insulation characteristics caused general fault of the transmission. Plastic parts of relay connecting system were made of 6,6-polyamld. Their surfaces, when examined with bare eyes and fingers, can be considered as covered by ordinary house dust and sligtly wetted or oiled. Therefore the first supposition at the inspection was, that dust and condensed moist in consequence reduced the 142 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 142-146 M. Bizjak: The Influence of environmental conditions insulation resistance of plastic surface. But contrary to this idea on the other parts in the vicinity of the examined plastic parts there were no dusty- or oily-like surfaces. Plastic parts could be also covered by a layer of separation agent applied on casting tool when manufacturing plastic parts. To prove this supposition the inspection on plastic parts of the same kind was made immediatelly after casting. No indication of oiled surface can be observed on these parts. Dust deposit on parts remained in the workshop ambient for a few days or a week exibits different nature as observed at the inspection in telephone exchange station. It was necessary to proceed further examination of surface phenomena with laboratory equipment and to carry out some simulations in order to reconstruct the processes leading to bad insulating characteristics. 3. Laboratory examinations of exposed polyamid parts After performing in situ inspections of failed devices in applications, sample pieces were selected for further laboratory test purposes. Plastic parts with inserted parallel conductors, convenient due to simple geometry, were selected for measurement of insulation resistance under various ambient conditions, while other pieces with more complicated geometry were used for microscopy and chemical microanalysis. Samples from failed telecommunication relay boards were tested in laboratory, performing at first measurements of insulation resistance between parallel electric conductor. Prior to testing selected samples were exposed for a few days to normal ambient conditions in testing laboratory (oca. 25 deg.C, 40-45% of relative air humidity). After conditioning to normal ambient conditions the insulation resistance was measured by Megaohmmeter HP 4329A (Hewlett-Packard) at measuring voltage 500 V. Measured values were under the lowest range of instrument (less than 1 M£2), therefore exact Fig. 1: White crystal flakes formed on the polyamid plastic connection holder (optical stereo-microscope, magn. approx. 100) evaluation was not possible. The surface conditions were recovered very slow in normal climatic conditions, so that even after exposition of a few weeks insulation resistance increased onto the range of 100 Mil Further tests were performed at more defined climatic conditions. Observations of surface on samples, taken from failed device, were performed at first by optical stereomicro-scope at magnification 100. Surface conditions observed on polyamid parts differ essentially from conditions on the adjacent metalic and PCB surface. Almost the whole polyamid surface was covered by small droplets of diameter range 0.1 mm and white "snow-flakes", identified by crystal clusters formed from water solution of chemical additive to polyamid material. Clusters of long thin needle cristal forms were growing from distinct centers distributed uniformly over the entire surface (Fig. 1), or spred over the surface in the form of stripes, where crystal needles were oriented uniformly in the same direction (Fig. 2). Fig. 2: Crystal clusters on polyamid plastic surface forming strip-like structure (SEM, magn. 300) In order to define morphology of observed crystals, the scaning electron microscopy (SEM) was performed. The chemical composition of particular cristal units were defined by energy dispersion X-ray microanalysis (EDAX). 3.1. SE microscopy and EDAX microanalysis of crystals Larger magnification of crystal formations indicates needle-shaped crystals of various lenght. Short, quickly developed crystals, were in the form of double pyramide with sharp peak (Fig. 3), longer crystals had the peak of pyramide additionaly cutted in the prismatic form (Fig.4). Long crystal "hairs" growed presummably more than a year in the forme of long bars with rectangular cross-sec-tion (Fig.5). Crystal morfology can be more distinctive on the pictures of monocrystals (see Fig.6, Fig.7, Fig.8). EDAX microanalysis is applied for the detection of semiquantitative chemical composition of small particles 143 M. Bizjak: The Influence of environmental conditions nformacije MIDEM 25(1995)2, str, 142-146 or surface area. This method of microanalysis indicates chemical elements present in the observed area. The results of analysis are often represented as X-ray spectral plot of detected chemical elements. The microanalysis performed on monocrystals observed on polyamid samples, detects only the presence of phosphorus (P), which is recognised from spectral plot, containing only one large and distinct peak, coresponding to chemical element P. It cannot be expected to find elementary phosphorus on the surface of samples under examination. The expected additional elements are hydrogen H and oxygen 0, which cannot be detected by EDAX due to principal limitations of analyse methode /2/. Additional indication, which can lead to the conclusion about chemical composition of observed crystal formations is their low melting temperature: during microanalysis by electron beam the termal effect of electron impact on crystal caused melting of analysed spot. Considering all results and indications it can be concluded, that white crystal flakes on the surface of polyamid parts are presummably crystalised ortophos-phoric acid, which exibits low melting temperature (43 deg.C) /3/. Due to their high hygroscopy the water dissolution of acid is formed at greater air humidity, which is electrically conductive, therefore electrical insulation resistance can be extremely low in this case. ||l|||sjp. J ftKmmßSm ■REX]■ »«¡¡(L -mÊÊ& Mm ■¡¡¡IB llKi mm w&^JÊKm rMt wmm 1it IfiJI WÊÊ&smimmM SR Fig. 3: Individual crystals in the earlier stage of formation (SEM, magn. 2500) Fig. 5: Formation of crystal clusters with long barlike units (SEM, magn. 85) Fig. 4: Morphology of entirely developed crystal (SEM, magn. 1000) Fig. 6: Structure of extremely long individual crystals (SEM, magn. 630) 144 Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 142-146 M. Bizjak: The Influence of environmental conditions Fig. 7: Characteristical form of individual crystal (SEM, magn. 850) perature particles of dry residue were examined by SE microscopy. The formation of crystals of the similar form can be recognized on dried particles of polyamid, as shown on Fig.9. Formation of large fully developed crystals take more time for crystal growth, therefore drying time was too short for formation of larger crystals. Comparative experiments and measurement were performed in order to find the difference between characteristics of new and aged polyamid parts. Representatives of both types of samples were exposed to the same preconditioning process and the same climatic conditions. Preconditionning took place in computer-controlled climatic chamber at 35 deg.C and 16% relative air humidity in overnight period. After precondition period the value of 70% relative humidity has been set by computer and after 30 min rel. humidity in the chamber in fact reached the preset value. During climatic test the insulation resistance was measured by Megaohmmeter and plotted by time, starting at the moment, when particular air humidity has been set by control computer. Fig. 8: Characteristical form of individual crystal (SEM, magn. 1600) Fig. 9: Formation of crystaiine structure after cooking and drying of polyamid particles (SEM, magn. 3.2. Laboratory simulation of phenomena observed on samples In order to indicate the processes leading to bad insulating characteristics of polyamid surface under the influence of humid air, in the first experiment it was confirmed, that the origin of phosphoric acid is polyamid material itself, in the second experiment the time dependent variation of insulating resistance was observed under the influence of humid air. For the purpose of first experiment a piece of polyamid reinforced by glass fibres was cut into small particles, which were cooked in the water in order to extract water-soluble additives. After drying at slightly elevated tem- The variation of insulation resistance versus time of exposition in climatic chamber shows certain characteristic difference between new unused sample and aged sample, which exibited low insulation resistance during application. On the new sample insulation resistance began to decrease at approx. 60% rel. humidity. At 70% rel. humidity measured resistance tends to reach for a factor of 10 lower value than initial (see graphical presentation of measurement on Fig,10). For comparation purpose measured values on new sample at 80% rel.humidity are added on Fig.10. Measurements performed on naturally aged samples from failed device in application show different characteristics: insulation resistance began to decrease by increasing rel. humidity at 30%, at 70% rel. hum. decrease into the minimal value, which is for factor 145 M. Bizjak: The Influence of environmental conditions Informacije MIDEM 25(1995)2, str. 142-146 Ritfll rei- vlair* i ffl. vlažnost temp, s 35°C V- pri 70*/» rel.vt. pri 807. rel.vi. B 100 5000 Fig. 10: Decreasing of insulation resistance on a new and unused polyamid part during exposition in climatic chamber Fig. 11: Results of the same test as shown in Fig. 10 obtained on sample, aged in application 100 lower than initial resistivity, but after reaching minimum it tends to increase, following certain recovery phenomena (graphically presented on Fig.11). At the discussion of measured results it should be considered, that at variation of control parameter for climatic chamber certain transition period is required in the chamber, in which climatic condition are not uniform and stable, therefore on Fig.11 a minimum is obtained and certain recovery phenomena is indicated, presummably due to nondefined conditions in the climatic chamber during transition period. The same phenomena can appear in application, where operation of air-condition devices are intermitent due to control response in order to maintain appropriate humidity of ambient air. 4. Conclusions Humid air influences the ageing process of plastics, particular on surfaces of hygroscope plastics, such as polyamid resins. Water wapor is absorbed on the surface of plastics and penetrates into bulk material by various modes of diffusion. During penetration procedure water presummably reacts chemically with additives in plastics. Products of reaction are collected on the surface. In the case of polyamid used for telecommunication relays, having commercial name Ultramid, the product of reaction was phosphoric acid, vhich was responsible for failed electrical insulation. Due to its electrolitic characteristics and hygroscopy the sensitivity of insulation characteristics of Ultramid surface on ambient air humidity is considerably high. Harmfull influence of air-conditionning on insulation was indicated especially in the cases, where air-condition system blows humid air intermitently directly onto telecommunication eqipment. Similar effect has been simulated at testing in laboratory climatic chamber as described in the preceeding chapter by graph on Fig.11. In most types of plastics additives are used to improve resistance to flammability, creapage currents and other required characteristics. One of theese aditives in commercial polyamid (Ultramid A3XG5, A3XG7,..,) is presummably certain phosphorus-based material. Presummably similar problems in applications of polyamid materials as described in this paper are known by other users and company BASF, the producer of Ultramid plastics. The improved types of Ultramid, which followed types A3XGn are labelled by A3X2Gn, having increased resistivity to creapage currents and effects of ageing. 5. References /1/ M. Nadj, Polimerni materiali, Zagreb, 1978, pp.48 /2/ Instructions JEOL, JSM-35 Scanning microscope, no.lEP 35-2, Manual Tracor Northern, Inc.: TN-2010 TN-4010 TN-4510, Schematics and Connector Signals /3/E, Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Berlin 1964, prevod: Zagreb, Školska knjiga, 1967, pp.301 in F. Lazarini, J. Brenčič, Splošna in anorganska kemija, Ljubljana, DZS, 1984, pp.359 Doc. Dr. Martin Bizjak, dipl. ing., Iskra Stirel, d.o.o., 61312 Videm-Dobrepolje, Slovenia tel. +386 61 787 419 fax: +386 61 787 619 Prispelo (Arrived): 30.3.1995 Sprejeto (Accepted):11.7.1995 146 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana UPORABA POLPREVODNISKIH KOMPONENT UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Smetanova 17, 62000 Maribor tel.: 062 25461 fax: 062 225 013 Inštitut za robotiko Vodja: prof. dr. Karel Jezernik Sodelavci: 6 doktorjev znanosti, 8 magistrov znanosti in 8 diplomiranih inženirjev. Naše raziskovalne aktivnosti so usmerjene predvsem v načrtovanje in gradnjo robotskih sistemov. Razvijamo napredne regulacijske algoritme za nadzor položaja, hitrosti in momenta za uporabo različnih vrst električnih izvršilnih členov in konstrukcij robotskih mehanizmov. Za preiskus algoritmov smo zgradili triosni SCARA robot, sedaj pa gradimo triosni direktno gnani členkasti robot. Uporabljamo napredne mikrokrmilnike in procesorje, npr.: Hitachi H8, transputerske mreže z Inmos T8 z vključenim Power PC 601 procesorjem za paralelno izvajanje programov. INKR. DAJA. PULZI ZA MOST SRAM T805 25MHz fwlp 8P*vL- tWliPf'. LrM + afticrtadia 5 - 20 Mre lili (BE \msri< 51»8 "L J Nferibrrrik WJrtTtg TimEi TC3005 rroirk pdcfep cp** urtsnk AD 16»d razi vodo THE 8—— Trarpier 1 dtftjri tficd dgttfi \lrxl 8 x T1L ' in Oo DA 1M tc110 mxikia ¡rtatmrtdN c^ink 1x srus ifi pao "tx fjacktri pEftariK Karta omogoča gradnjo paralelnih sistemov in digitalen priklop močnostnih napajalnikov motorskih pogonov. Je velikosti dvojnega evropa formata in je razdeljena v: 1. Procesorski del, ki je lahko tudi samostojna enota: • Transputer T805 + 0.5 MBytov SRAM pomnilnika in 0 štirje 20 Mbit/s serijski komunikacijski kanali in sinhronizacija med večimi kartami. 2. Periferni del: 9 Merilnik položaja (16 in 32-bitni števec) za dva inkre-mentalna dajalnika - eden je lahko sinusen (TC3005). Odčitavanje sinhrono s prekinitvami, dva 12-bitna D/A pretvornika, 16 digitalnih TTL vhodov z možnostjo programiranja (GAL), 8 digitalnih izhodov - TTL in "open collector" časovnik za generiranje takta in "watch dog" (82C53), vezje za modulator trifaznega pogona (TC110) in štiri razširitvena mesta (A/D, dodatni digitalni signali,...). 147 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana «v* , v it s f - ' SRAM 32-128 kB EPROM 32-128 kB RS 422 RS 232C RS 485 5-20 Mb/s na COMx PC podr. vodilo 1 | T8 Link RS4S5 vmesnik vmesnik XC3042 (XIUNIX L CA vezje) merilnik hitrosti ki položaja !rt-fa2ni alnhronl PWM modulator kikromentaini dajaJnik (pravokotni) [rsnzbstorskl pretvornik IR-H8 je kompaktni enokartični mikroprocesorski sistem (velikosti 160x195mm), zgrajen na osnovi mikrokrmilnika Hitachi H8/532 in vmesnikov, ki omogočajo priključitev na izmenične motorje preko ustreznega močnostnega (tranzistorskega) pretvornika ter senzorjev faznih tokov, položaja in hitrosti. Funkcionalne enote krmilnika IR-H8: 8 Mikrokrmilnik H8/532 vsebuje zmogljiv 16-bitni procesor, pomnilnik (1 kB RAM, 32kB EPROM) in vhodno/izhodne vmesnike (serijski komunikacijski vmesnik, 10-bitni A/D, števci in časovniki, "watch-dog timer", idr.); treznega tranzistorskega močnostnega pretvornika (izveden je s pomočjo Xilinix XC3042 programirijivega polja logičnih celic); Vmesnik za povezavo s Transputerjem omogoča hitro serijsko komunikacijo z moduli, ki vsebujejo Transputer-(je) npr. IR-T8. Merilnik položaja in hitrosti omogoča digitalni princip merjenja hitrosti in položaja z uporabo inkrementainih dajalnikov; Trifazni sinhroni PWM modulator omogoča izvedbo vektorske pulzno-širinske modulacije z uporabo us- Čeprav je bil krmilnik IR-H8 sprva načrtovan za aplikacije vodenja izmeničnih motorjev, lahko modul (ob ustrezni konfiguraciji elementov) uporabimo tudi v mnogih drugih industrijskih aplikacijah regulacije, vodenja, nadzora, krmiljenja, ... 148 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana Frekvenčni pretvornik Frekvenčni pretvornik za napajanje trifaznih motorjev je zgrajen na osnovi IGBT modula LGX0540 firme POWER COMPACT. Modul vsebuje osnovne gradnike: 9 šest močnostnih IGBT tranzistorjev v mostični vezavi z zaščitnimi diodami • šest galvansj180 250 50-270 25 Temp razt. koef. 10"6/K 3,8 5,9 J 3,8 1.2 Upornost ohm. cm >10^4 >1014 >10^ >1013 >10^ Dielektričnost (1 MHz) 8,5 9 8,5 40 4,1 Izgubni kot (1 MHz) X tO"4 4 4 4 500 40 Za močnostna vezja ali komponente se večinoma uporablja keramika na osnovi berilijevega oksida. Že od prve polovice osemdesetih je na tržišču tudi keramika na osnovi aluminijevega nitrida, ki je po karakteristikah primerljiva z BeO keramiko. Prah BeO je namreč strupen, nemški standardi dovoljujejo na primer le 0,1 |ug BeO na m3 zraka. Razlog, zakaj se AIN keramika še ni uveljavila, je njena visoka cena. Substrati primerljivih dimenzij so deset do dvajsetkrat dražji kot AI2O3 substrati. Seitz (Hoechst AG, Nemčija) je v referatu z naslovom AIN Ceramics - Cost Saving Potentials by Using Target Costing razložila, zakaj je cena tako visoka in kaj delajo v firmi Hoechst, da bi jo znižali na raven, ki je sprejemljiva za odjemalce, to je dva do pet krat dražja kot AI2O3 keramika. Ker poraba AIN keramike ni velika, se prah AIN proizvaja in kupuje v manjših količinah, kar je drago. Večje šarže bi pocenile "surovino" na polovico. Najdražja operacija je sintranje, ki je pri temperaturah okrog 200 K višjih kot sintranje AI2O3 keramike in mora potekati v atmosferi čistega dušika. Sintranje danes poteka v šaržnih pečeh in ocenjujejo, da je 25 krat dražje kot sintranje AI2O3 na zraku. Če jim bo uspelo znižati temperaturo sintranja, bodo lahko uporabljali cenejše žganje v kontinuirnih pečeh, kar pa spet pride v poštev samo za večje količine. Tudi razvoj AIN keramike, ki bi imela dovolj dobre karakteristike in bi se nižje sintrala, zahteva veliko dela, kar spet lahko opraviči le kasnejša velika potrošnja. Visoka cena AIN substratov je eden od razlogov, zakaj se njihova uporaba kot substratov za debeloplastna vezja še ni razširila. Drugi razlog je to, da do pred kratkim ni bilo sistemov debeloplastnih past, kompatibilnih z AIN keramiko, ki bi po karakteristikah bili primerljivi z materiali za AI2O3 substrate. Oba razloga sta povezana. AIN substrate malo uporabljajo, ker so dragi. Ker ni bilo pravega tržišča za debeloplastne materiale za AIN substrate (ki se malo uporabljajo), proizvajalci niso bili zainteresirani oziroma niso mnogo vložili v razvoj debeloplastnih past za AIN. Ker na tržišču ni bilo primernih, predvsem uporovnih materialov, proizvajalci vezij niso načrtovali komercialno uspešnih, to je velikih, serij vezij na AIN, ki bi pomenili povečano povpraševanje po AIN keramiki in s tem pocenitev. Običajni debeloplastni materiali so, kot pravkar omenjeno, prirejeni za žganje na oksidni keramiki. Če jih žgemo na AIN, stekla v materialih reagirajo z AIN, kar pokvari karakteristike žganih plasti. Predvsem se tvorijo mehurčki, ki nastanejo med reakcijo, predvsem med PbO iz stekla in AIN, pri čemer nastane AI2O3 in dušik. Kretzschmar (Fraunhofer Gesellschaft, Institut fur Keramiche Tech- nologien, Nemčija) je poročal o razvoju uporovnega sistema za AIN substrate (A Novel Resistor System for AIN). Razvili so uporovne paste s plastnimi upornostmi od 10 ohm/D do 10 kohm/t), prevodnik na osnovi Pd/Ag in stekleno zaščito. Za paste so pripravili stekla brez PbO. Ker Bi2Ru207 ali Pb2Ru206.5 razpadata v steklih brez PbO in sproščen Bi203 ali PbO spremeni karakteristike, so za prevodni fazo v uporih uporabili Ru02- Upori imajo "uporabne" temperaturne koeficiente upornosti (TCR) okrog 100 x 10"6/K in drsenje uporovnih vrednosti pod različnimi pogoji staranja okrog 1 % (nezaščiteni upori) oziroma okrog 0,2 % (zaščiteni upori), kar je primerljivo s karakteristikami komercialnih uporov za AI2O3 substrate v sedemdesetih oziroma v začetku osemdesetih let. 11 lyefalvi-Vitez (Technical University of Budapest, Madžarska) je študiral uporabo laserja za rezanje AIN substratov, za doravnavanje debeloplastnih uporov na AIN substratih in za "risanje" prevodnih linij na teh substratih (Laser Direct Writing of AIN Substrates; a new Trend of Conductive Pattern Generation?). Pri rezanju keramike je potrebno upoštevati dobro toplotno prevodnost materiala, zato so potrebne večje moči kot pri AI2O3 substratih. Ker pod vplivom laserskega žarka AIN razpada na kovinski aluminij in dušik, je nevarno, da na robovih izrezanih ploščic ostane plast Al, ki lahko pozroča kratke stike med povezavami. Isti efekt otežuje lasersko doravnavanje debeloplastnih uporov na AIN substratih. Kovinski Al, ki lahko ostane v rezu, do neke mere kratko sklene prerezan del upora, kar povzroči nestabilnost uporovne vrednosti. Pri "risanju" prevodnih linij po površini keramike se s primerno nastavitvijo parametrov laserja Al izloči na površini keramike in tvori tenkoplastno prevodno sled s plastno upornostjo do 200 mohm/D. Wahlers (Electro Science Labs.) je predstavil dielektrično folijo z nizko temperaturo žganja za izolacijo na jeklenih substratih in kompatibilne debeloplastne materiale (Dielectric Tape Bonded Stainless Steel Substrates for High Power Packages, Hybrid Circuitry and Heater Uses). Osnova tega sistema materialov je ¿¡elektrik, ki po žganju tvori gosto in neporozno plast na jeklu. Zaradi goste plasti ne pride med žganjem do baterijskega efekta (nabrekanje in luščenje zgornjih prevodnih plasti). Aplikacije tega sistema so predvsem tam, kjer se zafitevajo robustna vezja ali substrati kompliciranih oblik. Na področju senzorjev je Karasztes-Nagy (Technical University of Budapest, Madžarska) poročal o uporabi senzorjev na osnovi optičnih vlaken za merjenje fizikalnih, na primer pritiska, in kemijskih veličin (Fibre-Optic Multisen-sor for Simultaneous Monitoring of Pressure and Composition of Gases). Potencki (Rzeszow University of Technology) je v referatu z naslovom New Looks at Possibilities of Distributed RC Networks Application predstavil uporabo distribuiranih RC mrež, izdelanih v debeloplastni tehnologiji, za senzorje pritiska ali temperature. Na prevodniku je plast dielektrika, na dielektriku pa debeloplastni upor. Frekvenčni odziv sistema se spreminja s spremembo uporovne vrednosti upora zaradi temperaturnih sprememb ali deformacije. Ferrari (University of Brescia, Italija) je poročal o zanimivi uporavi debeloplastnih piezo električnih materialov za senzorje vlage (A Thick Film Gravimetric Resonant Sensor for Relative Humidity). Poenostavljen princip delovanja je sledeč: 158 informacije MIDEM 25(1995)2 na keramičnem substratu je natiskana in žgana piezo električna plast, preko nje pa film polimera, ki absorbira vlago. Odvisno od relativne vlažnosti se spreminja masa polimera in s tem lastna frekvenca elementa. Achmatowicz (Institute of Electronic Materials Technology, Poljska) je poročal o razvoju "poceni" debeloplastnih uporovnih materialov, ki ne vsebujejo dragih Ru02 ali rute-natov kot prevodne faze. Njegov prispevek z naslovom Low Cost Thick Film Resistive Compositions Without Use of Noble Metals je dobil priznanje kot najboljši poster na konferenci. Prevodna faza v predlaganih uporih so nižje valentni oksidi kovin prehoda, predvsem M0O2. S primerno izbiro sestave nizko taljivih stekel so dobili upore s temperaturnimi koeficienti upornosti (TCR) pod 200 x 10~6/K in stabilnostjo boijšo kot 1% pri različnih pogojih staranja. Medtem ko je cena teh novih uporovnih sistemov primerljiva z debeloplastnimi polimernimi upori, je kvaliteta veliko boljša, čeprav še vedno slabša kot pri komercialnih debeloplastnih serijah na osnovi rutenijevih spojin. Področje uporabe je v aplikacijah, kjer so potrebne velike uporovne površine, na primer pri grelcih. Hutton (BPA Ltd., Anglija) je v referatu z naslovom Strategy Hierarchy for Maximising a Products Environmental Compatibility opisal vpliv, ki ga ima in ki ga bo imela iztrošena električna in elektronska oprema na okolje, Te opreme in naprav bo seveda vedno več. Svetovna vrednost proizvodnje elektronske opreme (računalniki, telekomunikacije, potrošna elektronika, vojska, medicinska elektronika, potrošniška elektronika itd.) je bila leta 1993 okrog 750 x 109 $, leta 1998 bo 1000 x 109 $ in leta 2003 1550 x 109 $. Danes se za izdelavo vsakega kilograma elektronske opreme porabi 25 kg izhodnih materialov in pri tem nastane 5 kg odpadkov. V prihodnosti bo treba veliko več pozornosti nameniti takim napravam, ki bodo lažje, energetsko manj "požrešne" in primerne za recikliranje. Cocker (Du Pont, Anglija) je v referatu z naslovom Meeting Enviromental Challanges and Market Needs of Thick Film Pastes poročal o novih, ekološko sprejemljivejših, debeloplastnih materialih, ki jih razvijajo pri firmi Du Pont pod nazivom "Green line". Evropska skupnost je namreč kvalificirala nikljev in kadmijev oksid kot kancero-gena, zato mora biti material, ki ju vsebuje več kot 0,1%, označen z mrtvaško glavo. Oba oksida se uporabljata v nekaterih prevodnih pastah za izboljšanje adhezije in v uporovnih pastah kot moderatorja temperaturnih koeficientov upornosti. Tudi materiali, ki vsebujejo svinčev oksid, se bodo morali označevati kot "strupeni". Čeprav je svinčev oksid, ki je v sestavi stekel vseh debeloplastnih past, "ujet" v strukturi stekla in zato ni nevaren, se pravilo nanaša na vse debeloplastne materiale. Zanimivo je, da ta pravila niso za izdelke. Tako vezja, izdelanega z debeloplastnimi materiali, ni potrebno označiti kot zdravju škodljivega (mimogrede, tudi kristalno steklo za kozarce vsebuje veliko PbO). Pri firmi Du Pont so ponudili tržišču nekaj prevodnikov, zaščitnih stekel in uporovno serijo, v katerih je vsebnost NiO in CdO pod 0,1% in PbO pod 0,5%, tako da so se pri teh materialih izognili neprijetnim oznakam mrtvaških glav na nalepkah. Naš referat z naslovom Thick Film LaFe03 Based Cathodes for SOFC; Electrical Characteristics and Interactions with YSZ Solid Electrolyte je obravnaval sintezo in karakterizacijo perovskitov na osnovi lantanovega ferita, dopiranega z AI2O3, ki so zanimivi kot katodni materiali za visoko temperaturne gorivne celice s trdnim elektrolitom. Prihodnja, 11 evropska konferenca o mikroelektroniki, bo 14. do 16. maja 1997 v Benetkah. Marko Hrovat Institut Jožef Štefan, Univerza v Ljubljani, Jamova 39, Ljubljana SEMICON/EUROPA 95 Palexpo Ženeva, Švica, 4.-6. april 1995 Semicon/Europa 95 je bila že pred samim začetkom označena kot največja razstava in konferenca za naprave in materiale s področja polprevodnikov ter prikazovalnikov z ravnimi zasloni. Dogodek se je odvijal na velikem razstavnem paviljonu Palexpo, Ženeva, v dneh od 4. do 6. aprila 1995. Prav tako kot prejšnja leta je tudi tega sponzorirala mednarodna organizacija SEMI (Semicon-ductor Eqiupment and Materials International). Program letošnjega, že dvajsetega Semicon/Eurropa 95, je bil bogat in obsežen, in je med drugim nudil: • razstavo s preko 600 razstavljalci, ki so razstavljali na več kot 1100 razstavnih mestih iz celega sveta. • tehnične programe in specialne dogodke. 9 sestanke na temo mednarodni standardi. razstava in forum na temo: Mikroelektronika in okolje, in še mnogo več. Prvi sklop tehničnih programov je imel naslov: Trije ključni koraki za izdelavo integriranih vezij prihodnosti. Proces kemijsko-mehanskega poliranja rezin je procesna tehnologija, ki bo ključna pri reševanju problemov, povezanih z neenakostjo površinske topografije za izdelavo elementov naslednje generacije. Lltografija, kot eden največjih tehnoloških izzivov, bo imela prav tako ključno vlogo v izdelavi elementov prihodnosti. 159 informacije MIDEM 25(1995)2 Tretji problem, ki se vse pogosteje zastavlja kot vprašanje: Kako čisto je dovolj? Na tem področju so bili v zadnjem obdobju napravljeni očitni napredki. Konferenca je bila brezplačna in namenjena načrtoval-skim, razvojnim in procesnim inženirjem, kot tudi R&D inženirjem in znanstvenikom. Drugi skiop tehničnih programov je bil namenjen testiranju. Program v obliki seminarja sta sponzorirali publikaciji European Semiconductor in Interfacing Design and Test. Prikazana so bila virtualna testna orodja, računalniško načrtovani (CAD) integrirani avtomatski testni programi, prednosti generiranih in vrednotenih rezultatov, dobljenih z virtualnim testiranjem. Tretji sklop tehničnih programov se je ukvarjal z zelo pogosto diskusijo med proizvajalci rezin in procesnimi inženirji, kot npr.: delci, meglica, mikrohrapavost. Vodilni eksperti iz tega področja so pokazali osnovne tehnike (svetlobno sipanje, profilne tehnike), ter iz njih razvite merilne tehnike, uporabljene v razvoju in proizvodnji rezin. Prikazan je bil trenutni kot tudi bodoči razvoj na tem področju. V sklopu tehničnih programov sta potekali še okrogli mizi, prva o zagotavljanju ustrezne kvalitete kemikalij, plinov in ostalih materialov od proizvajalca do naročnika in druga na temo evropske perspektive elektromehanskih sistemov (integrirani senzorji, aktuatorji in strukture elementov), ki vse uporabljajo iste materiale in procese, ki se uporabljajo v izdelavi standardnih rnikroelektronskih elementov. Programi na temo mednarodni standardi so predstavljali enkratno priložnost za industrijske profesionalce s področja izdelave polprevodniških naprav, materialov in proizvajalcev polprevodniških elementov za izmenjavo mnenj glede ključnih industrijskih vprašanj kot so: zmanjšanje razvojnega časa izdelave izdelka, nižja cena proizvodnje, izboljšanje notranje in mednarodne industrijske komunikacije, povečanje trga. Okolje kot pomembni industrijski parameter je bil letos prvič uvrščen v tehnični program. Čeprav ima mikroelek-tronska industrija status ene najbolj čistih in varnih industrij, pa z rastjo mikroelektronske industrije trčimo na okolje z vse večjo porabo električne energije, vode in kemikaij. Ta forum je dal udeležencem nek obširen vpogled tako v poslovne kot legalne zahteve, ki bodo v prihodnje potrebne, ko se bomo v Evropi srečali z izdelavo elementov prihodnosti. Če dodam še osebno noto tega dogodka, lahko rečem, da sama razstava po obsegu ne narašča (razstavljalo je celo manj razstavljalcev kot pred leti), vendar pa se kvaliteta in obseg tehnične konference in ostalih dogodkov, ki spremljajo to prireditev, iz leta v leto boljša. Če si zastavim vprašanje: Kaj obisk takšnega dogodka pomeni nam, ki smo na začetku VLSI razvoja, tu pa se pogovarjajo in razstavljajo naprave ULSf generacije? Na prvi pogled bi rekel nič, to je drugi svet, vendar v mnogo primerih je možno nova znanja in posamezne procese kvalitativno združiti v obstoječe procese VLSI, in s tem doseči boljšo kvaliteto končnih izdelkov, brez bistvene podražitve in povečanja kompleksnosti procesa. Še lažjo in boljšo združljivost je možno doseči z uvajanjem novih materialov. Prav tako je zelo pomembno navezovanje in ohranjanje že vzpostavljenih stikov z ljudmi iz te branže, kar se najpogosteje pokaže kot najlažja pot do reševanja tehnoloških problemov. In nenazadnje, vse več je proizvajalcev opreme, ki so pripravljeni nuditi opremo iz druge roke, kar je za nas najpogostejša, če že ne edina alternativa pri nabavljanju opreme. Danilo Vrtačnik Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, Tržaška 25, Ljubljana VESTI NEWS FROM AMS New ASI Slave IC for Intelligent Systems Austria Mikro Systeme International announces the immediate availability of a new ASIC, the AS2701, an intelligent ASI (Actuator Sensor Interface) Slave IC for the networking of systems mainly for automation technology and control engineering. The signal transmission between the master, which inde-pendantly controls the configuration, communications and systems diagnosis, and the slaves in the ASI system is performed by a parallel two-wire line (AS! line) to which the IC is connected only via a polarity protection diode and a suppressor diode. The line is powered by a direct current of up to 33,1 V and signal amplitudes of 3-8Vpp. The AS2701 extracts its own power, the power for the device interface and for the external E2PROM from the line and, at the same time, detects the bus signals. Additionally, the AS2701 has the following key features: The switching of max. 31 ASI slave ICs on one bus is possible; the max. power supply of peripheral units from the ASI slave IC totals 35mA at 24V. 160 informacije MIDEM 25(1995)2 Only few external devices are necessary for the operation of this chip, i.e. 1 quartz, 5 capacitors,1 E2PROM and 2 diodes. This new highly integrated AMS product with its novel features is now available! For a free data sheet and further information please contact your local AMS Sales Office or AMS Corporate Communications, Schloß Premstätten, A-8141 Unterpremstätten, Austria. Addendum: The "Actuator Sensor Interface", ASI for short, covers the whole range of available field busses on the automation market. For ASI components special emphasis is placed on uncomplicated, fast and safe solutions. On the lowest levels of the automation hierarchy the main task is to establish a connection to field busses, e.g. interbus, profibus, CAN, etc. via special couplers whiie the Actuator Sensor Interface concentrates only on the binary level. The idea behind ASI is to provide complete solutions for slaves (sensors and actuators), electromechanics (ASI line, interconnection technology, modules), masters (for SPS, PC and other controls; gateways to higher bus systems) and peripheral devices (addressing devices, monitor, power supply unit, etc.), independent from the manufacturer. ASI is a joint development of 11 companies in the field of sensor, actuator and control engineering. These companies have defined and financed the ASI project. The slave IC has been developed especially for ASI applications and is manufactured and distributed by AMS. The basic development of various ASI products has already been implemented by some of the members in their product development, therefore, a wide variety of components is available on the market. Since most of the binary sensors and actuators currently available can be connected to the ASI, the users need not wait for the real AS! products to appear on the market but can use any standard products in the meantime. This will lead to a fast market penetration in automation technology. The marketing of the very simple and, compared to the wire harness, much more cost effective system makes it especially attractive for controls. The networking down to the lowest, process near binary level via approximation switches, probes, switches, relays, valves, light signals, limiter sensors, etc. is now economical. In addition, the integration in digital control systems has become considerably easier from a technical point of view: If in a pure binary control system the coupling of the ASI with a control is possible, the working methodology with process images will stay the same for the user and not become more complicated. Field busses can, if necessary, establish networks between the various control systems. If, however, a field bus has to be used prior to the first control level to deliver more important data of the controls, the binary data can easily be extracted via the ASI sub system. In this case the ASI network does not represent an additional bus, but, as a result of using couplers, is an integrated part of a particularfield bus of which the capacity in the binary range is increased. AMS Single-Chip Telephone sets a new standard worldwide Approved in most European and several Non-European Countries and now by the PTT authorities in China! The AS2531 is the only true CMOS single chip telephone in the world with a line/speech transmission circuit with repertory dialler, melody generator and ringer all on a single chip: a highly integrated circuit that performs all the functions required of a medium range high performance electronic telephone or any telephone related equipment including Computer Integrated Telephony (CIT), The advantage of this unique ASIC (Application Specific Inte-graded Circuit) is that it drastically reduces the component count of the average telephone set by up to 80%! The AS2531 also allows an easy adaptation to a wide variety of different international PTT requirements which is evidenced by the approvals of telephones using the device in many countries, e.g. Austria, Germany, Italy, Switzerland, Sweden, Poland, Hungary and India to name but a few. Now telephones encorporating the AS2531 have been approved by the PTT in China. Experts say, currently [here is one fixed line for every 100 people in China and the number is even lower in the interior of the country; up to the year 2000 one billion telephones will be needed!* To tackle this need China is implementing major telecommunications investment programmes. Additional Features of the Single Chip: The AS2531 incorporates LD/MF repertory dialling functions, melody generation, ring frequency discrimination and an advanced speech circuit. Additionally to the basic functions the speech circuit includes dual soft clipping. The device also incorporates a user-friendly volume control for the earpiece. During on-hook the repertory number store is maintained with less than 0.1 fiA (no battery is required) - the device has an operating range from 13 mA to 100 mA but can operate down to as low as 5mA to allow parallel operation. The device features a 31 digit last number redial and a 14 number repertory store. A unique double Wheatstone Bridge makes the adjustment of the return loss (AC impedance) and side tone simple since these two parameters are fully independent of each other. The AS2531 is now available in 28 pin DIP, PLCC or SOIC packages. * Source: Global Telecommunications 161 informacije MIDEM 25(1995)2 For further information and a detailed data sheet please contact your local AMS Sales Office or AMS Corporate Communications, Schloss Premstatten, A-8141 Unter-premstatten. New High Voltage Mixed Signal CMOS Process for up to 50V at AMS AMS announces the availability of a new mixed signal CMOS process suited for high voltage ASIC solutions for up to 50V, Besides the standard low voltage MOS transistors also high voltage devices are available: N and P MOS transistors, N-junction FETs and DMOS transistors. Together with isolated bipolar and NMOS transistors they can be realized on the same ASIC through the new AMS technology. Until recently products in CMOS could be implemented only for applications ranging from 5.5 to 10V, depending on the process. The 2 |i single-poly double-metal CMOS process (designated as "CBK" at AMS) was primarily developed for ASICs incorporating complex digital parts with high speed, high density elements operating in a high voltage environment. Lowest power consumption, fast switching capabilities and applicability to a wide range of automotive and industrial performance requirements are further key benefits of this advanced AMS process, being especially suited to withstand high voltage spikes which typically occur in such environments. Further applications include its use in fast high precision digital circuits and in analogue fron-tends for sensors and transducers. Together with the proven AMS 2 p. digital library the new 2 |i high voltage process represents the ideal solution for high voltage ASICs. AMS - The 1994 Results Austria Mikro Systeme International AG (AMS), the first and only European listed semiconductor manufacturer and fully privatized since July 1994, has further strengthened its top position with its innovative products and services in the semiconductor market within the last year. AMS is leading in the European market: No. 1 in the field of cell based mixed analog/digital ASICs (application specific integrated circuits). A milestone was met in the company's sales: For the first time in its history, AMS advanced to become a one billion Austrian Schilling company: Net Sales were increased by 36.3% from ATS 811.8 million 1993 to ATS 1,106.5 million in 1994. Noteworthy is the fact that the accomplishment of this increase in business was realized with only a moderate increase of the employee count of 7% to 631. The development of the results was successfully continued in the past year: The net income grew from ATS 62.9 million in 1993 to ATS 147 million in 1994, the earnings according to the OVFA scheme were more than doubled to ATS 129.9 million when compared with 1993. The high investments of ATS 300.6 million (27% of sales) in 1994 will largely contribute towards the effectivity of the company in regard to the high backlog for the current year. Earnings per share increased from ATS 25 in 1993 to ATS 52 in 1994 and the cash earnings per share increased by 50% to ATS 98. AMS Schloß Premstätten A-8141 Unterpremstätten, Austria Tel.+43 3136 500-0 Fax: +43 3136 52 501 ELECTRONICS, January 1995 U. S. throttles global electronics growth A sluggish U. S. electronics industry promises to depress significant growth for the global market nex year. Richard O'Brien chief economist at Hewlett-Packard Co. in Palo Alto, Calif., blames the U. S. doldrums on a restrictive fiscal policy: "The long recovery in the U. S. will slow clown in 1995 whin the U.S. Federal Reserve hikes interest to slow inflation." Meanwhile, the industry in Europe and Japan will show higher growth in 1995 than 1994, pushing worldwide electronics to marginal growth, says O'Brien. Asia, outside of Japan, will continue a slow, steady recovery. G, Dan Hutcheson, president of VLSI Research Inc. in San Jose, agrees the electronics industry outside the U. S. will grow, but cautions that Europe is highly dependent on the U. S. market. A slowdown in the U. S. will retard European advances. ftOHL'.'VUOf t tfCTtWtHCi. 1 '-KjOUrrtOri , '.-k-'O f ■■■ ■i'.mof -W-, i»n /b ;r ~ ,'?''.*• -v:*> r „ r c ■ :■ ■ ! : c h 'i i , q e |1! If , ' J i. m agil ; t V71™- /r Äfl The new structure was designed to overcome two disadvantages of conventional through-hole, multilayer boards. First, because components cannot be mounted directly on through-holes, real estate is not efficiently used. Second, through-holes prevent optimization of wiring design and increase wire length, which has a detrimental effect on signal propagation characteristics. '0 a If j; Since 1962, there have been five periods of increasing semiconductor content in electronics equipment, Hutcheson argues (see table). The year in a period when semiconductor content peaked has always been followed by a year of decline. Hutcheson says the latest peak period occurred in 1994, and he forecasts a decline for 1995. CHIP CONTENT in percentage of content Start Peak Fall-Off 1962 to 1967 4.4% 7.8% 6.8% 1971 to 1975 6.7% 8.0% 6.2% 1978 to 1982 8.8% 10.5% 7.3% 1982 to 1985 7.3% 9.8%' 7.3% 1992 to 1995* 11.1% 15.9% 14.7% * Forecast VLSI Research Inc. MAFSUSH! FA'S PRINTED WIRING BOARD TECHNOLOGY 1 Cct> .«1, H«.i"<»■•'f Pf -HA,-* v/iri'iCi '»TC'n Th<" ^ ' Höh inner Vm Hole Hi MutMayf»!« Pho'i ci Winna yoara Th \ Uv Any „a\»>r frnct V » Hi lAU" 'Hi Str.ift t'f Matsushita's design combines nonwoven aramid laminates, a via-hole processing technology that uses a carbon dioxide gas laser, and interconnection technology that uses conductive paste. Company officials said this results in thinner, lighter boards that are more suitable for highspeed circuits. Density can be increased up to 50%. Hutcheson cites semiconductor production overcapacity for DRAMs as a factor contributing to a sluggish 1995. There has been US $ 80 billion spent in capacity, with $ 531 billion marked for DRAM production. Starting 1994, the DRAM market demaded 210 million square inches of silicon. The industry had a production capacity of only 164 million square inches. However, by the end of 1994, there was 250 million square inches of silicon production capacity coming online, enough to fill DRAM demand through 1998, says Hutcheson. Despite this dire prediction, individual semiconductor companies continue to see capacity shortfalls. George Alexy, vice president of marketing at Cirrus Logic Inc. in Fremont, Calif., said Cirrus could use more production capacity. The need comes even as Cirrus acquired 50% of a new fab from IBM Microelectronics Division in Hopewell Junction, N. Y. Matshusita calls the new board technology "any layer inner via hole" (ALIVH). Through holes and their disadvantages are eliminated because connections can be made internally between any two layers of the board. Samples will be available in the second half of this year. Samsung rolls out 64M DRAMS Samsung Electronics Co. in Seoul said it began producing 64-Mbit DRAMs late last year, and, prior to the new year, began delivering 200,000 chips to computer makers such as IBM Corp. of Armonk, N. Y., and Hewlett-Packard Co. (HP) in Palo Alto, Calif. Samsung said it aims to obtain a 19% share of the world market for 64-Mbit DRAMs in 1995. Furthermore Samsung delivered fully functional samples of 256-Mbit DRAM chips to HP last month. The delivery was intended to squelch doubts at home and abroad over development of the chip, Samsung said. 163 informacije MIDEM 25(1995)2 Chipcards to capture more U. S. activity By 1999, 30% of chipcards sold worldwide will be sold in the U.S., says Ulrich Hamann, senior marketing manager of chipcards in the semiconductor group of Munich-based Siemens AG. "We think credit cards will be the major factor for the tremendous growth rates in the U.S." In 1995, 70% of chipcard applications will be in Europe, dropping to 40% in 1999. "The U.S. market will grow faster than the total Asian market," said Hamann. Asia/Pacific is projected to account for 17% of chipcard sales in 1999 and Japan 8%. A driving factor in all chipcard applications is security. In order to prevent any kind of misuse, all major manufacturers of chipcards-SGS-Thomson Microelectronics of Agrate Brianza, Italy; Motorola Corp. of Schaumburg, III.; and Siemens-are looking for new hardware security mechanisms. Siemens has developed a new chipcard microcontroller whose read-only memory is not programmed via the aluminum metal layer but via buried layers. "The basic trend in this business is toward more and more security at lower prices,11 Hamann adds. Deutsche Telekom AG of Bonn, Germany, is introducing third-generation intelligent memory chipcards for public telephones. The cards are based on a new safety standard with feedback shift registers. They can be used in Germany, the UK, the Netherlands and Switzerland, Hamann said chipcard prices will drop 15% per year. "We will nearly compensate the price decline by implementing additional features," he added. D'VUE C HlfCARO MARKET BY APPLICATION in o, '¡on- >•>' ¿n * ¿itu'^ «-marks <1 USS = 1.S5 DM) ■ TV ..t m ( % BPwnt.i | IHci 'c.i> , II ir > I • U In transportation applications, public system field trials with contactless chip cards are underway in Washington, London and Hong Kong. This month, Deutsche Lufthansa AG of Cologne, Germany, will trial its Ikarus Card. This contactless chipcard is being issued to 1,000 frequent flyers for use between Frankfurt and Berlin for reservations via fax/phone, automated check-in, and boarding. In the electronic purse market, Visa International of San Francisco and Mastercard/Eurocarcl will begin placing chips in credit cards this year. Also, the Berlin Card will be tested this year in that German city for payment of public transportation, parking lots, cinemas, supermarkets, restaurants, etc. "I think there will never be a universal chipcard," said Ulrich Hamann of Siemens. "There will be many different chip-cards for different market segments." Telecom, payment applications lead chipcard use The telecom market now accounts for the most chipcard applications, but electronic payments will take the top spot by 1999 when the total market hits DM 1.6 billion (US$1.03 billion). Siemens AG of Munich has already delivered more than 200 million chips for phonecards, Siemens and SGS-Thomson Microelectronics NV of Agrate Brianza, Italy, are manufacturing over 90% of all intelligent memory (including phonecard) chips. Some 72 million Germans have received health insurance chipcards, also an intelligent memory card, and more than 15 million cards will be needed annually as replacements. Siemens has a 75% share of this market. However, there is concern in Germany over a "patient card" that will contain medical data in addition to personal data such as insurance numbers and addresses. The card would allow doctors to electronically write prescriptions, which would be read from the chipcard. Because of concerns over misuse of personal data and subsequent security restrictions, the projected 1999 share for health cards (10%) might be lower. CHIPCARDS SPECS Chipcards are differentiated into four categories based on their degree of functionality. Intelligent memory cards contain security and access control logic and an EEPROM of up to 8 kbytes. Microcontroller cards essentially contain an entire computer system, including CPU, RAM, ROM, EEPROM, security logic and input/output. Cryptocards are microcontroller cards that have an additional math coprocessor for cryptographic applications, such as high-security environments. Lastly, contactless chipcards are primarily used for general access control, such as public transportation and toll highways. In order to prevent a chip from breaking, the maximum die size in a chipcard has been set at 25 square millimeters. Access and transaction times are intended to remain within a 100 microsecond time frame and should not exceed 300 ms. 164 informacije MIDEM 25(1995)2 Caring for the environment paying off Only one year ago, manufacturers of electronic products who pointed out their new environment-conscious production were considered to be "green maniacs." Now the situation has changed. Environmental-friendly production and selection of materials and components is starting to save money. Therefore, Europezs strong waste-management laws, once considered unacceptable by many companies, are now seen as a chance for cheaper production. The new semiconductor fab of Munich-based Siemens AG that is being built in Dresden, Germany, will implement several new mechanisms of environmental care: It will reduce material and energy consumption; set up new recycling and waste treatment techniques: and establish more efficient measurement, control and process-management techniques. SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) in Mountain View, Calif., will present a special microelectronics and environment exhibit at Semi-con/Europe 95 in Geneva in April. "Europe has the greatest potential in semiconductor manufacturing in terms of environmental care," said Walter 0. Roessger, director of technology and industry relations at SEMI Europe. "There is huge potential for saving energy, chemicals and so on, and it pays off." For example, used solvents, not pure enough for the semiconductor industry, are sold to the paint industry. "Currently, the chip industry, is relatively small compared to other industries. However, in the next century it will be relatively big and then its waste and chemical amounts will become critical factors if we do not care for it now,"said Roessger. To find a more environmental-friendly solution for, tasks in which plasma-etching is used, a new method, CMP (chemical mechanical planarization), has been developed. The solution is also cheaper than current methods. SEMI thinks CMP will be a major process method for semiconductor manufacturing in the future. ENVIRONMENTAL-FRIENDLY GUIDELINES In Germany, the Blue Angel symbol denotes products constructed using environmental-friendly methods. To receive the symbol, a product has to fulfill the below listed guidelines as well as Environmental Protection Agency Energy Star requirements: • reuse of subsystems and materials (often resulting in modular concepts); • reduced types of materials used in a system; 8 avoidance of materials that cause waste dumping problems; • avoidance of mixed materials, such as plastics with flame restrainers; 9 preferred use of recycled and recyclable materials; 8 materials marked with a code number for easy recycling; ® subunits marked that contain harmful substances. The first Blue Angel for PCs was credited to units manufactured by Siemens Nixdorf Informationssysteme AG of Paderborn, Germany. For example, the monitor casing uses a material containing 25% recycled plastics from old monitors. IZOBRAŽEVALNI TEČAJI ¥ jeseni 1995 Vse uporabnike vakuumske tehnike obveščamo, da sta za jesen 1995 predvidena naslednja strokovno izobraževalna tečaja v organizaciji Društva za vakuumsko tehniko Slovenije: VZDRŽEVANJE VAKUUMSKIH NAPRAV 28.-29.november 1995 Obravnavana bo predvsem tematika, ki jo srečujemo v tehniki grobega vakuuma. To je: delovanje, vzdrževanje in popravila rotacijskih črpalk, pregled in uporaba različnih črpalk, ventilov in drugih elementov, meritve vakuuma, hermetičnost in odkrivanje netesnosti v vakuumskih sistemih, materiali za popravila, tehnike čiščenja in spajanja, skupno 16 ur, od tega tretjina praktičnih prikazov in vaj. Cena tečaja je 30.000 SIT. Vsak tečajnik bo prejel tudi brošuro "Vzdrževanje vakuumskih naprav" in potrdilo o opravljenem tečaju. 165 informacije MIDEM 25(1995)2 OSNOVE VAKUUMSKE TEHNIKE 9.-12. oktober 1995 Pri tem tečaju je večji poudarek na teoretičnem razumevanju snovi. Obravnavana so vsa že prej omenjena področja in poleg tega še: pomen in razvoj vakuumske tehnike, fizikalne osnove, črpalke za visoki vakuum, tankoplastne in druge vakuumske tehnologije, čisti po- stopki, analize površin ter doziranje, čiščenje in preiskave plinov - skupno 20 ur z vajami in ogledom inštituta. Cena tečaja je 26.000 SIT. Udeleženci prejmejo zbornik predavanj "Osnove vakuumske tehnike" in potrdilo o opravljenem tečaju. Oba tečaja se pričneta ob 8.00 uri v knjižnici Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, Ljubljana. Prosimo interesente, da se informativno javijo čimprej, za dokončno potrdilo udeležbe pa velja kopija položnice o plačilu - najkasneje tri dni pred pričetkom tečaja na naslov: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30, 61111 Ljubljana (štev. žiro računa: 50101-678-52240). Prijave sprejema organizacijski odbor (Koller, Spruk, Mozetič, Nemanič), ki daje tudi vse dodatne informacije (tel. 061 263-461). Tečaj "Osnove vakuumske tehnike za srednješolske predavatelje" bo tudi še 9.-11 novembra in je razpisan v informativnih glasilih za šolstvo. SEPTEMBER 13.09.-15.09.1995 Sth INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SYSTEM SYNTHESIS CANNES. COTE DŽAZUR, FRANCE Info.: +33 76 57 47 59 19.09,- 21.09.1995 AUTO TEST COM. ATLANTA,USA Info.: +1 370 287 1463 27.09.- 29.09.1995 23rd INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROELECTRONICS, MIEL Ž95 3lst SYMPOSIUM ON DEVICES AND MATERIALS, SD Ž95 TERME ČATEŽ, Slovenija Info.: +386 61 312 898 10.10. - 11.10.1995 TEST Conf erence Telford,ENGLAND Info..:+ 44 171 417 7400 21.10. - 25.10.1995 INTERNATIONAL TEST CONFERENCE Washington DC,USA Info.: +00 1 814 941 4666 NOVEMBER 07.11,- 10.1 1.1995 PRODUCTRONICA 95 München,GERMANY Info.: +00 49 89 510 7229 27.09. - 28.09.1995 INSTRUMENTATION Exibition Warrington, ENGLAND Info.: +44 822 674 671 15.11.-16.11.1995 INSTRUMENTATION Trident Exibition Sandown, ENGLAND Info.: +00 44 822 614671 OCTOBER 03.10.-05.10,1995 EURO-EMC Conference Sandown, ENGLAND Info.: +44 892 544027 23.11.-24.11.1995 4Th ASIAN TEST SYMPOSIUM Bangalore,INDIA Info.: +00 1 908 582 5857 166 informacije MIDEM 25(1995)2 FIRST ANNOUNCEMENT AND CALL FOR PAPERS 2nd EUROPEAN WORKSHOP ON LOW TEMPERATURE ELECTRONICS WOLTE 2 LEUVEN, BELGIUM, JUNE 26 - 28, 1996 The objective of the Workshop is to provide an international forum for discussing recent research and development achievements in the area of low temperature electronics and high temperature superconductivity. The first Workshop was held in Grenoble in 1994. This workshop is organised in the even years, complementing the bi-annual Symposium in this field organised by the Electrochemical Society. The meeting has technical co-sponsorship from the IEEE Electron Devices Society and is organised by the Benelux and French Chapters. The topics of interest for the workshop are, but not restricted to: * Device physics and fundamental aspects * New materials and novel technologies * Fabrication technologies * Characterisation and modelling * Device and circuit design * Bolometer, sensors and detectors ** Packaging and interconnects * Applications The deadline for submitting a 2-page abstract is December 15th, 1995. 3 copies of the abstract should be sent to Prof, C. Claeys, IMEC, Kapeldreef 75, B-3001 Leuven, Belgium, Fax: 32 16 281214, Tel: 32 16 281328, e-mail: claeys@imec.be Paper acceptance will be notified by Januaiy 26,1996. For the accepted papers, more details will be foiwarded on the preparation, of the full length manuscripts, which will be published in a Proceedings Volume, aud which must be received by March 15,1996. Workshop Organiser: C. Claeys (IMEC, Leuven, Belgium) Technical Programme Committee: E. Simoen, Chairman (IMEC, Leuven, Belgium) F. Balestra, Past Organiser (LPCS, Grenoble, France) Y. Bruynseraede (K.U. Leuven, Leuven, Belgium) G. Ghibaudo, Past Organiser (LPCS, Grenoble, France) R. Adde (IEF, Orsay, France) D. Camin (University of Milano, Italy) H.E. Hoenig (IPHT, Jena, Germany) V.S. Lysenko (Inst. Sem. Phys., Kiev, Ukraine) Technical Programme Advisers: R. Kirschman (Mountain View, Ca, USA) J.D. Cressler (Auburn University, Al, USA) 2nd EUROPEAN WORKSHOP ON LOW TEMPERATURE ELECTRONICS WOLTE 2 LEUVEN, BELGIUM, JUNE 26 - 28, 1996 If you intend to participate to the Workshop, send this coupon to the above mentioned address in order to be in the mailing list and to receive further information on the registration and the final programme. Surname:............................First Name:.................................................. Company/Institution:............................................................................... Mailing address:.................................................................................. Fax:...................................... Tel:.................................................. E-mail:....................................... I intend to submit a paper No Yes Title............................................... 167 Informacije MIDEM 25(1995)2, Ljubljana NAVODILA AVTORJEM Informacije MIDEM je znanstveno-strokovno-dru-štvena publikacija Strokovnega društva za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale-MIDEM. Časopis objavlja prispevke domačih in tujih avtorjev, še posebej članov MIDEM, s področja mikroelektronike, elektronskih sestavnih delov in materialov, ki so lahko: izvirni znanstveni članki, predhodna sporočila, pregledni članki, razprave z znanstvenih in strokovnih posvetovanj in strokovni članki. članki bodo recenzirani. Časopis objavlja tudi novice iz stroke, vesti iz delovnih organizacij, inštitutov in fakultet, obvestila o akcijah društva MIDEM in njegovih članov ter druge relevantne prispevke. Strokovni prispevki morajo biti pripravljeni na naslednji način 1. Naslov dela, imena in priimki avtorjev brez titul. 2. Ključne besede in povzetek (največ 250 besed). 3. Naslov dela v angleščini. 4. Ključne besede v angleščini (Key words) in podaljšani povzetek (Extended Abstract) v angleščini. 5. Uvod, glavni del, zaključek, zahvale, dodatki in literatura. 6. Imena in priimki avtorjev, titule in naslovi delovnih organizacij, v katerih so zaposleni. Ostala splošna navodila 1. V članku je potrebno uporabljati SI sistem enot oz. v oklepaju navesti alternativne enote, 2. Risbe je potrebno izdelati s tušem na pavs ali belem papirju. Širina risb naj bo do 7.5 oz. 15 cm. Vsaka risba, tabela ali fotografija naj ima številko in podnapis, ki označuje njeno vsebino. Risb, tabel in fotografij ni potrebno lepiti med tekst, ampak jih je potrebno ločeno priložiti članku. V tekstu je potrebno označiti mesto, kjer jih je potrebno vstaviti. 3. Delo je lahko napisano in bo objavljeno v kateremkoli jugoslovanskem jeziku v latinici in v angleščini. Uredniški odbor ne bo sprejel strokovnih člankov, ki ne bodo poslani v dveh izvodih. Avtorji, ki pripravljajo besedilo v urejevalnikih besedil, lahko pošljejo zapis datoteke na disketi (1.2 ali 1.44) v formatih ASCII, Wordstar (3.4, 4.0), Wordperfect, word, ker bo besedilo oblikovano v programu Ventura 2.0. Grafične datoteke so lahko v formatu HPL, SLD (AutoCAD), PCX ali IMG/GEM. Avtorji so v celoti odgovorni za vsebino objavljenega sestavka. Rokopisov ne vračamo. Rokopise pošljite na naslov Uredništvo Informacije MIDEM Elektrotehniška zveza Slovenije Dunajska 10, 61000 Ljubljana UPUTE AUTORIMA Informacije MIDEM je znanstveno-stručno-druš-tvena publikacija Stručnog društva za mikroelek-troniku, elektronske sestavne dijelove i materijale - MIDEM. Časopis objavljuje priloge domačih i stranih autora, naročito članova MIDEM, s podru-čja mikroelektronike, elektronskih sastavnih dije-lova in materijala koji mogu biti: izvorni znanstveni članci, predhodna priopčenja, pregledni članci, ¡zlaganja sa znanstvenih i stručnih skupova i stručni članci. Članci če biti recenzirani. časopis takoder objavljuje novosti iz struke, oba-vijesti iz radnih organizacija, instituta i fakulteta, obavijesti o akcijama društva MIDEM i njegovih članova i druge relevantne obavijesti. Stručni članci moraju biti pripremljeni kako slijedi 1. Naslov članka, imena i prezimena autora bez titula. 2. Ključne riječi i sažetak (najviše 250 riječi). 3. Naslov članka na engleskom jeziku. 4. Ključne riječi na engleskom jeziku (3Key Words) i produženi sažetak (Extended Abstract) na engleskom jeziku. 5. Uvod, glavni dio, zaključni dio, zahvale, dodacl i literatura. 6. Imena i prezimena autora, titule i naslovi institucija u kojima su zaposleni. Ostale opšte upute 1. U prilogu treba upotrebljavati SI sistem jedinica od, u zagradi navesti alternativne jedinice. 2. Crteže treba izraditi tušem na pausu ili bijelom papiru. Širina crteža neka bude do 7.5 odnosno 15 cm. Svaki crtež, tablica ili fotografija treba imati broj i naziv koji označuje njen sadržaj. Crteže, tabele i fotografije nije potrebno lijepiti u tekst, več ih priložiti odvojeno, a u tekstu samo naznačiti mjesto gdje dolaze. 3. Rad može biti pisan i biti če objavljen na bilo kojem od jugoslavenskih jezika u latinici i na engleskom jeziku, Autori mogu poslati radove na disketama (1.2 ili 1.44) uformatima tekst procesora ASCII, Wordstar (3.4. i 4.0), word, Wordperfect pošto če biti tekst dalje obraden u Venturi 2.0. Grafičke datoteke mogu biti u formatu HPL, SLD (AutoCAD), PCX ili IMG/GEM. Urednički odbor če odbiti sve radove koji neče biti poslani u dva primjerka. Za sadržaj članaka autori odgovaraju u potpu-nosti. Rukopisi se na vračaju. Rukopise šape na adresu: Uredništvo Informacije MIDEM Elektrotehnična zveza Slovenije Dunajska 10, 61000 Ljubljana Slovenija INFORMATION FOR CONTRIBUTORS Informacije MIDEM is professional-scientific-so-cial publication of Professional Society for Microelectronics, Electronic Components and Materials. In the Journal contributions of domestic and foreign authors, especially members of MIDEM, are published covering field of microelectronics, electronic components and materials. These contributions may be: original scientific papers, preliminary communications, reviews, conference papers and professional papers. All manuscripts are subject to reviews. Scientific news, news from the companies, institutes and universities, reports on actions of MIDEM Society and its members as well as other relevant contributions are also welcome. Each contribution should include the following specific components: 1. Title of the paper and authors' names. 2. Key Words and Abstract (not more than 250 words). 3. Introduction, main text, conclusion, acknowledgements, appendix and references. 4. Authors' names, titles and complete company or institution adress. General information 1. Authors should use SI units and provide alternative units in parentheses wherever necessary. 2. Illustrations should be in black on white or tracing paper. Their width should be up to 7.5 or 15 cm. Each illustration, table or photograph should be numbered and with legend added. Illustrations, tables and photografphs are not to be placed into the text but added separatelly. Hower, their position in the text should be clearly marked. 3. Contributions may be written and will be published in any Yugoslav language and in english. Authors may send their files on formatted diskettes (1.2 or 1.44) in ASCII, Wordstar (3.4 or4.0), word, Wordperfect as text will be formated in Ventura 2.0. Graphics may be in HPL, SLD (AutoCAD), PCX or IMG/GEM formats. Papers will not be accepted unless two copies are received. Authors are fully responsible for the content of the paper. Manuscripts are not returned. Contributions are to be sent to the address: Uredništvo Informacije MIDEM Elektrotehniška zveza Slovenije Dunajska 10, 61000 Ljubljana, Slovenia 168 TERMINOLOŠKI STANDARDI 1 1 2 3 4 2.3.2.6 • Kapacitivnost kučiSta ® Kapaciiivnost kučišta • KanamniiBiiocT na KyranijTCTO • Kapacitivnost okrova 147-0/ID-2.6 Case capacitance Capacité du boiter Preostala kapacitivnost med priključkoma, ko NP-spoj ni zvezan z zunanjimi priključki. 2.3.2.7 • Serijska induktivnost • Serijska induktivnost • CcpucKa mmyKTi!BiiocT • Zaporedna induktivnost 147—0/ID—2.7 • Series inductance • Inductance série Skupna efektivna notranja zaporedna induktivnost pri označenih pogojih. 2.3.2.8 • Odnos struje vrha i struje dola • Omjer vršne i dolne struje • O/nioc na cipyjaia na npuoT h crpyjaia na flOJlOT • Razmerje med temenskim in dolinskim tokom 147—0/7D—2.8 • Peak to velley point current ratio ® Rapport de dénivellation du courant Razmerje med tokom v temenski točki in tokom v dolinski točki. 2.3.2.9 • Granična frekvencija • Granična frekvencija • rpaniiMiia (jipcKiiciimija • Mejna frekvenca 147-0/ID—2.9 • Resistive cut-off frequency • Fréquence résistive de coupure Frekvenca, pri kateri je realni del admitance tunelske diode na njenih priključkih, pri določeni prednapetosti enak nič. Opomba: To frekvenco določa obrazec: V 1 -1 10 2*cj Sj -rs (glej si. 21 Seznami v jezikih jugoslovanskih narodov Abecedni seznam izrazov v srbskohrvatskem jeziku A Anoda (poiuprovodničke ispravljačke diode ili is-pravljačkog bloka) 2.2.14 Anodni priključak (polunrovodničke ispravljačke diode ili ispravljačkog bloka) 2.2.1.4 Aproksimacija direktne karakteristike pravom 2.2.2.14 D Detekcija,efikasnost (po snazi) 2.1.6 Detekcija, koeficijent (naponski) 2.1 5 Diferencijalna otpomost 2.1.8 Dinamička (diferencijalna) otpornost 2.1.S Direktna karakteristika, aproksimacija pravom 2.2.2.14 Direktna karakteristika, otpornost definisana nagibom 2.2.2.22 Direktna (propusna) struja 2.2.2.6 Direktna (propusna) struja, periodična vrši a 2.2.2.8 Direktna (propusna) struja preopterečenja 2.2.2.16 Direktna (propusna) struja, srednja 2.1.4 Direktna (propusna) struja, udarna 2.2.2.17 Direktna (propusna) struja, udarna neperiodična 2.2.2.9 Direktni (propusni) napon 2.2.2.1 Direktni (propusni) smer 2.2 1.1 Direktni smer 2.3.1.1 Disipacija (ispravljačkih dioda s lavinskim i prinu-denim lavinskim probojeni), udarna inverzna 2.2.2.12 Disipacija u direktnom smeru (ispravljačkih dioda s lavinskim i prinudenim lavinskim probojem) 2.2.2.13 Dol, napon 2.3.2.4 Dol, struja 13.2.2 Dol, tačka 2.3.1.4 E Efikasnost detekcije (po snazi) 2 J i» F Frekvencija, granična 2.3.2.9 G G rana ispravljačkog bloka (sloga) 2.2.1.3 Granična frekvencija 2.3.2.9 Gubici, propusni 2.2.2.20 Gubici snage u direktnom smeru 2.2.2.20 Gubici snage u direktnom smeru, srednji 2.2.2.21 Gubici snage, ukupni 2.2.2.11 Gubici,srednji propusni 2.2.2.21 1 Induktivnost, serijska 2.3.2.7 Inverzna disipacija (ispravljačkih dioda s lavinskim i prinudenim lavinskim probojem), udarna 2.2.2. J 2 Inverzna (nepropusna) struja 2.2.2.10 Inverzna struja stacionarna 2.2.2.19 Inverzni napon, konstantni (jednosmerni) 2.1.1 inverzni napon. srednji 2.1.2 Inverzni napon, vršni 2.1.3 Inverzni (nepropusni) napon, konstantni (jednosmerni) 2.2.2.5 Inverzni (nepropusni) napon, neperiodični vršni 2.2.2.4 Inverzni (nepropusni) napon, periodični vršni 2.2.2.3 Inverzni (nepropusni) napon, vršni radni 2.2.2.2 Inverzni (nepropusni) smer 2.2.1.2 Inverzni smer 2.3.1.2 Ispravljačke diode 2.2 Ispravljački blok (slog), grana 2.2.1.3 K Kapacitivnost kučišta 2.3.2.6 Kapacitivnost pri malo m signalu 2.1.11 Katoda (poiuprovodničke ispravljačke diode ili ispravljačkog bloka) 2.2.1.5 Katodni priključak (poiuprovodničke ispravljačke diode ili ispravljačkog bloka) 2.2.1.5 Konstantni (jednosmerni) inverzni napon 2.1.1 Konstantni (jednosmerni) inverzni (nepropusni) napon 2.2.2.5 Koeficijerit detekdje (njponskr) 2J.5 Kučište.kapacitivnost 2...x2..£» N P Naclcktrisanje oporavka 2.1.7, 2.2.2.25 Napon, direktni (propusni) 2.2.2.] Napon dola 2.3.2.4 Napon, konstantni (jednosmerni) inverzni 2.1.1 Napon, konstantni (jednosmerni) inverzni (nepropusni) 2.2.2.5 Napon, neperiodični vršni inverzni (nepropusni) 2 ~> n 4 Napon ograničenja (selenskog odvodnika prenapo-na) 2.2.2.27 Napon, periodični vršni inverzni (nepropusni) o o ~> 3 Napon praga 2.2.2.15 Napon projektovane tačke vrha 2.3.2.5 Napon (selenskog odvodnika prenapona), radni 2.2.2.26 Napon, srednji inverzni 2.1.2 Napon vrha 2.3.2.3 Napon, vršni inverzni 2.1.3 Napon, vršni radni inverzni (nepropusni) 2.2.2.2 Negativna dinamička provodnost, područje 2.3.1.6 Neperiodična direktna (propusna) struja, udarna 2 2 2 9 Neperiodični vršni inverzni (nepropusni) napon 2.2.2.4 Nepropusna struja 2.2.2.10 Nepropusni napon, konstantni (jednosmerni) inverzni 2.2.2.5 Nepropusni napon, neperiodični vršni 2.2.2.4 Nepropusni napon, periodični vršni 2.2.2.3 Nepropusni napon, vršni radni 2.2.2.2 Nepropusni smer 2.2.1.2 O Odnos struje vrha i struje dola 2.3.2.8 Odvodna struja (selenskog provodnika prenapona) 2.2.2.28 Otpornost definisanja nagibom direktne karakteristike 2.2.2.22 Ot pornost, dinamička (diferencijaln.i) 2.1.8 Otpornost u direktnom smeru, statička 2.1.9 Otpornost u inverznom smeru, statička 2.1.10 Periodična vršna direktna (propusna) struja 2.2.2.8 Periodični vršni inverzni (nepropusni) napon 2.2.2.3 Područje negativne dinamičke provodnosti 2.3.1.6 Priključak (poluprovodničke ispravljačke diode ili ispravljačkog bloka) anodni 2.2.! .4 Priključak (poluprovodničke ispravljačke diode ili ispravljačkog bloka) katodni 2.2.1.5 Projektovana tačka vrha 2.3.1.5 Projektovana tačka vrha, napon 2.3.2.5 Propusna disipacija (ispravljačkih dioda s lavinskim i primkienim lavinskim probojem) 2.2.2.13 Propusna struja 2.2.2.6 Propusna struja, periodična vršna 2.2.2.S Propusna struja preopterečenja 2.2.2.16 Propusna struja srednja 2.1.4, 2.2.2.7 Propusna struja, udarna 2.2.2.17 Propusna struja, udarna neperiodična 2.2.2.9 Propusni gubici 2.2.2.20 Propusni gubici, srednji 2.2.2.21 Propusni napon 2.2.2.1 Propusni smer 2.2.1.1 R Radni inverzni (nepropusni) napon, vršni 2.2.2.2 Radni napon (selenskog odvodnika prenapona) 2.2.2.26 S Serijska induktivnost 2.3.2.7 Smer, direktni 2.3.1.1 Smer, direktni (propusni) 2.2.1.1 Smer, inverzni 2.3.1.2 Smer, inverzni (nepropusni) 2.2.1.2 Snaga u direktnom smeru, gubici 2.2.2.20 Snaga u direktnom smeru, srednji gubici 2.2.2.21 Snaga, ukupni gubici 2.2.2.11 Srednja direktna (propusna) struja 2.1.4, 2.2.2.7 Srednji gubici snage u direktnom smeru 2.2.2.21 Srednji inverzni napon 2.1.2 Srednji propusni gubici 2.2.2.21 Srednji inverzni napon 2.1.2 Srednji propusni gubici 2.2.2.21 Stacionarna inverzna struja 2.2.2.19 Statička otpornost u direktnom smeru 2.1.9 Statička otpornost u inverzno m smeru 2.1.10 Struja. direktna (propusna) 2.2.2.6 Struja dola 2.3.2.2 Struja, inverzna (nepropusna) 2.2.2.10 Struja oporavka 2.2.2.18 Struja, periodična vrši a direktna (propusna) 2.2.2.S Struja preopterečenja direktna (propusna) 2.2.2.16 Struja (selenskog o.dvodnika prenapona), odvodna o o ~>g Struja, srednja direktna (propusna) 2.1.4, 2.2.2.7 Struja, stacionarna inverzna 2.2.2.19 Struja, udarna direktna (propusna) 2.2.2.17 Struja. udarna neperiodična direktna (propusna) 2.2.2.9 Struja vrha 2.3.2.1 T Tačka dola 2.3.1.4 Tačka vrha 2.3.1.3 Tačka vrha, projektovana 2.3.1.5 U Udarna direktna (propusna) struja 2.2.2.17 Udarna inverzna disipacija (ispravljačkih dioda s lavinskim i prinudenim lavinskim probojem) o ~> O jO Udarna neperiodična direktna (propusna) struja 2 1 2 9 Ukupni gubici snage 2.2.2.1 1 v' Vreme oporavka 2.1.1.3, 2.2.2.23 Vreme uključenja 2.1.12,2.2.2.24 Vrh, napon 2.3.2.3 Vrh, nai>on projektovane tačke 2.3.2.5 Vrh, projektovana tačka 2.3.1.5 Vri!, struja 2.3.2.! Vrh. tačka 2.3.1.3 Vrši a direktna (propusna) struja, periodična 2.2.2.8 Vršni inverzni napon 2.1.3 Vršni i n v o r zni (nepropusni) napon, neperiodični o o i j Vršni inverzni (nepropusni) napon, periodični 2 0 2 3 Vršni radni inverzni (nepropusni) napon 2.2.2.2 Abecedni seznam izrazov v hrvatskem knjižnem jeziku A Anodni priključak, anoda 2.2.1.4 Aproksi matija propusne karakteristike pravcern oo? 14 D Dinamički otpor 2.1.8 Direktni smjer 2.3.1.1 Dolna točka 2.3.1.4 Dolni napon 2.3.2.4 Dolna struja 2.3.2.2 E Efikasnost detekcije (po snazi) 2.1.6 G Grana ispravijačkog sloga 2.2.1.3 Granična frekvencija 2.3.2.9 1 Inverzni smjer 2.3.1.2 Ispravijačke diode 2.2 K Kapacitivnost kučišta 2.3.2.6 Katodni priključak 2.2.1.5 Koeticijent detekcije (naponski) 2.1.5 Konstantni (istosmjerni) zaporni (inverzni) napon 2.2.2.5 Konstantni (stalni) istosmjerni zaporni na|>on 2 2.1 N Naboj oporavka 2.1; 2.2.2.25 Nadomjesni propusni otpor 2.2.2.22 Napon praga 2.2.2.1 5 Napon projicirane vršne točke 2.3.2.5 Neperiodički vršni zaporni (inverzni) napon 2 ° 2.4 O Odvodna striija 2.2.2.28 Omjer vršne idolne struje 2.3.2.8 P Periodička vršna propusna (direktna) struja 2.2.2.S PeriodiCki vrini zaporni (inverzni) napon 2.2.2.3 Područje negativne dinamičke \-odljivosti 2.3.1.6 Projicirana točka viha 2.3.1.5 Propusna (direktna) struja 2.2.2.6 Propusna direktna struja preopterečenja 2.2.2.16 Propusni direktni napon 2.2.2.1 Propusni direktni smjer 2.2.1.1 Propusni gubici 2.2.2.13 Propusni gubici ispravljačkih dioda s lavinskim i prisilnim lavinskim probojem 2.2.2.20 Proradni napon 2.2.2.27 < O S R Radni napou 2.2.2.26 GO O Q 33 Azbučni seznam, v makedonskem jeziku cr A LU I Aiioneu npiiKtivMOK (na n0Jiyrip0B0flmi>iKa naco- >iyt;a>!ka aitoaa iinn na Hacoiiyua'ikm Cjiok) 2.2.1.4 AnpoKC.tManuja na jiiipeKT-iaTa KapjkTepncTiiNa, niU!e:iii!!3 2.2.2.14 Srednja propusna (direktna) struja 2.2.2.7 Srednja propusna struja 2.1.4 Srednji propusni gubici 2.2.2.21 Srednji zaporni napon 2.1.2 Stacionarna zaporna struja 2.2.2.19 Statički otpor u propusnom smjeru 2.1.9 Statički otpor u zapornom smjeru 2:1.10 Struja opravka 2.2.2.18 T Tunelske diode 2.3 U Udarna neperiodička propusna (direktna) struja 2 2 0 9 Udarna propusna (direktna) struja 2.2.2.17 Udarni zaporni gubici 2.2.2.12 Ukupni gubici 2.2.2.11 V Vrijemc oporavka 2.1.13; 2.2.2.23 Vrijeme uključcnja 2.1.12; 2.2.2.24 Vršna struja 2.3.2.1 Vršna točka 2.3.1.3 Vršili napon 2.3.2.3 Vršni radni zaporni (inverzni) napon 2.2.2.2 Vr šn i za po r ni na po n 2.1.3 Z Zaporna (inverzna) struja 2.2.2.10 Zaporni (inverzni) smjer 2.2.1.2 B Opiieu HHHcpaeii iianon 2.1.3 Bpiseii iiiusepjeii iianon, nenepifo:iH'ie!i 2.2.2.4 Bpneit miBepDen HanoH, nepnomrieii 2.2.2.3 Bpisen paSoren iniBep3eH iianon 2.2.2.2 Bpmia ryipeK'nia crpvja. nepuozissmia 2.2.2.S PROIZVAJA ZA ZNANE BLAGOVNE ZNAMKE : CtitOTSKl^CtROMCS (5) 7ik T «T™1 ur NJbl EDIKOl1! OMEfA ELEKTRONIKA d.o.o. 63320 Velenje, Partizanska 12, Slovenija Tel: +386 63/853-231, Fax: +386 63/851-948