钨加热子真空镀膜在MOSIC中的应用

钨加热子MOSIC是金属—氧化物半导体集成电路的英文简写。是以金属—氧化物—半导体场效应晶体管为主要元件构成的集成电路。该电路的制造结构简单,隔离方便。电路尺寸较小且功耗低。MOS(金属—氧化物—半导体)管是一种双向器件,设计灵活性很高。一般来说MOS集成电路功耗低,集成度很高,可以用作数字集成电路。但是这种集成电路的缺点是速度较低,驱动能力比较弱。

按晶体管的沟道导电类型,可分为P沟MOSIC、N沟MOSIC以及将P沟和N沟MOS晶体管结合成一个电路单元的互补MOSIC,分别称为PMOS 、NMOS和CMOS集成电路。随着工艺技术的发展,CMOS集成电路已成为集成电路的主流,工艺也日趋完善和复杂 ,由P阱或N阱CMOS发展到双阱CMOS工艺。按栅极材料可分为铅栅、硅栅、硅化物栅和难熔金属(如钼、钨)栅等MOSIC,栅极尺寸已由微米进入亚微米(0.5~1微米)和强亚微米(0.5微米以下)量级 。

钨加热子在高温下和镀膜装置里的残余气体会发生反应,作为氧化物会被蒸发掉。并且加热子会和被蒸发物质铝发生反应形成Na+,这样以来加热子应用在MOSIC上的问题就比较严重了。因此,为了减少Na+的污染,执法之前要加长脱气的时间并且升高温度,加热到钨丝发红而又不会导致铝发生熔化现象。脱气时蒸发电压为4~6V,电流50~55A,时间为1分钟最好。在此条件下进行蒸发镀膜可以一定程度上克服因蒸发沾污而造成漏电使结特性变坏。

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钨加热子——加热元件

钨加热子加热元件是一种将电能转化为热能的电子设备,常常应用于热水器,洗碗机,烤箱,烤面包机,咖啡壶以及其他需要用到产热功能的设备。加热元件主要由电线圈组成,可以采用绝缘材料或者防护材料将其进行包裹。当电流通过导线传递,遇到电阻后就会产生热量。所产生的热量的大小可以通过调整通过导线的电流的大小进行改变。加热元件包括短波红外加热管,中波红外加热管,远外加热管、电热圈等。

一般条件下,加热元件的烧毁程度会随着时间的流逝而加大。因此,他们常被设计成可访问的样式,这样一来就很容易更换坏掉的加热元件。但是,元件更换需要消耗比较多的成本,因此,在更换之前最好先做好测试,看是否问题出在加热元件上。有可能是因为电还没有到达元件,导致元件无法产生热量,也有可能是接线上出现了问题,或者是其他原因。

加热元件之所以能够获得巨大的热量主要源于其金属材料。作为具有良好导电性能的钨加热子,常常作为加热元件用于真空喷镀领域。之所以选择金属材料作为加热元件的一部分,是因为他们能够承受多次的冷却和加热循环,材料利用率高,节约成本,且效果好。在潮湿的情况下,加热元件可以被隐藏在安全的环境中,隔绝材料会将热量分散开来,不让空气中的水分和加热元件进行直接的接触。

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球形钨粉应用于阴极基体

阴极作为电真空器件的电子发射源,其研究和发展的方向及水平在很大程度上影响着电真空器件甚至武器装备系统的发展水平。
 
现代储备式阴极是时下阴极研究的重点之一。其常见结构通常由以下三个部分组成:多孔钨基、发射物质和热子组件。 其中多孔钨基是整个阴极的“骨架”和发射物质的载体。从热阴极发展历程可以看出,多孔钨基的出现是热阴极不断追求高发射电流密度和高可靠性的结果。多孔钨基体的性能,尤其是孔隙结构和孔隙分布将直接影响阴极的发射大小、蒸发率高低、发射均匀性和寿命。实际生产中,阴极要求基体能够有24-26%的分布均匀的孔度。多孔钨基的工艺主要包括压制成型工艺和烧结工艺,工艺的发展依赖于粉末冶金工艺水平的进展,同时受基体粉末性能的影响。如果通过工艺控制能够对基体的孔隙度和孔隙分布进行合理控制,则将对阴极的研究起到积极的作用。
 
球形钨粉具有形状规则、均匀性好且流动性佳的优点。这些优点特别适合采用自动填料的自动填料的自动压机进行压制,而且能够得到孔隙大小适合且分布均匀的多孔钨基,与常规钨粉相比有着不可小视的优势。使用球形钨粉制备阴极的过程中,初始孔度和压制压力的关系基本符合Heckel’s Law。烧结工艺方面,球形钨粉有其显著特点。随着烧结温度的升高及烧结保温时间的降低,基体的孔度呈下降趋势。通过实验结果,分别得到了阴极基体平均孔度与烧结温度及烧结保温时间之间的数学关系。可以通过对粉末压制烧结工艺的控制,得到孔度为26%左右的较为理想的阴极基体。阴极的脉冲发射测试结果显示,在1050℃,采用球形钨粉制备的阴极基体能够得到20.46A/cm2的拐点电流密度。完全可以满足目前工程应用的需要。

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钨粉分级在粗晶碳化钨粉生产中的应用

粗晶WC-Co系列合金具有高硬度和高韧性,被广泛应用于矿山凿岩工具、石油钻采工具、冲压模具、耐磨耐腐蚀零件、耐高温高压、金属压力加工工具、钢材轧制用辊环、硬面材料等方面。随着中国经济的迅速发展,硬质合金耐磨材料的应用范围日益扩大。
 
传统制造粗颗粒碳化钨粉工艺主要为钼丝炉高温还原和碳管炉高温碳化;90年代主要为氧化钨掺杂中温还原和高温碳化,此工艺可生产301xm~401xm左右粗颗粒碳化钨粉;添加钴、镍高温碳化,获取特粗碳化钨粉;美国Kennametallne公司开发铝热法生产碳化钨和俄罗斯化学工艺研究院开发了钨精矿的“炉外”铝热还原法,直接从钨精矿生产碳化钨,其方法得到的金属相含碳化钨X光衍射分析证明,产品仅含碳化钨一个相,晶粒粗大;H.C.斯达克股份有限公司开发了一种通过在碱金属化合物存在下对氧化钨粉末进行还原和碳化处理,生产超粗粒单晶碳化钨及由此制备的硬质金属。以上部分方法生产的粗颗粒碳化钨粉普遍存在粒度不均匀,结晶不完整,细颗粒比较多,粒度分布范围宽;部分方法对设备要求高或对环境影响大。大量资料论述了碳化钨粉微观结构同原生钨粉间存在继承性,钨粉的形态与结构直接影响碳化钨的特性。通过对钨粉分级再碳化工艺的研究,有效解决粉末夹粗夹细现象,制造粗晶碳化钨粉。
 
粉末性能不仅仅由粉末粒度来衡量,必须同时考虑粉末粒度结构组成、颗粒形貌、颗粒的表面特征等。经过分级处理后,A1粉晶粒形貌一致性比较好。根据颗粒的比重、粒度和形状在空气中所受重力和介质阻力的不同,具有不同的沉降速率来进行分级,能有效改变粉末物理性能。同时尽管采用气流和铁容器作为分级载体,但对粉末的氧和铁等微量元素影响不大。在产品性能指标范围内,不会对后面的工艺处理产生负面影响。 

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钨铜合金薄板性能表征

钨铜合金薄板性能表征指的是钨铜合金薄板的物相分析、显微组织观察以及各项性能测试。其中物相分析还可细分为差热分析(Differential thermal analysis,DTA)、XRD物相分析(X-ray diffraction)以及成分测试等。差热分析采用的是差热分析仪,其原理是通过在一定温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质作为参照物与等量的待测物(钨铜合金薄板)在相同环境中等速变温的情况下进行比较。待测物任何物理和化学上的变化与它所处同一环境中的标准物温度相比都会出现暂时的升高或降低。而XRD物相分析则采用铜靶K辐射,调整工作电流、电压以及扫描速率,利用特征X谱线测出钨铜合金薄板试样中的主要组成相。

对于钨铜材料来说,成分测试一般采用稀硝酸—氢氟酸溶液,这是因为在硝酸介质中钨会以钨酸的形式沉淀并与铜分离。之后用氢氧化铵将钨酸沉淀溶解,以钨酸铵灼烧重量法测定钨;再以电感耦合等离子体原子发射光谱法测定滤液中所残余的钨,二者相加即为钨的总量。对钨铜合金薄板进行显微组织观察的过程是砂纸磨制→水冲洗→抛光(刚玉Al2O3)→水冲洗→酒精清洗→烘干→浸蚀(浸蚀剂采用1:1铁氰化钾和氢氧化钠混合溶液)→水冲洗→酒精清洗→烘干→观察试样。

各项性能的测试包括密度测试、硬度测试(维氏硬度HV)、电阻率(电导率)测试、热导率测试、热膨胀系数检测等。其中密度测试采用的是经典的阿基米德排水法;显微硬度采用的是金刚石压头以规定载荷压入试样表面后的压痕长度来确定;电阻率的测定通常采用电桥法;热导率则是先在钨铜合金薄板试样的表面喷涂上碳粉以防止表面反射入射光,然后在一定温度下采用闪光法导热分析仪将加热元的氙灯发射一束脉冲打在样品下表面,并由红外探测器测量升温情况得到热扩散系数。

钨铜合金薄板

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