Füüsikalised materjalitehnoloogiad eksami küsimuste vastused 2015 (0)

Küsimusi kordamiseks aines “Füüsikalised materjalitehnoloogiad”.

1. Kuidas defineerite materjaliteadust ja -tehnoloogiat?
materjaliteadus on interdistsiplinaarne teadus füüsikast ja keemiast , mis uurib seoseid materjalide struktuuri ja omaduste vahel. materjalitehnoloogias lisanduvad ka inseneriteadused, uurib materjalide valmistamist , töötlemist ja kasutamist.
2. Kuidas materjaliteaduses ja -tehnoloogias materjale liigitatakse? Nimetage
põhilised materjalide klassid .
Materjale liigitatakse koostise, keemiliste ja füüsiliste omaduste põhjal. Nende alusel jagunevad materjalid nelja põhilisse klassi: metallid, keraamika , polümeerid, komposiitmaterjalid.
Peale selle võib materjale liigitada veel tootmisprotsessi ja struktuuri järgi.
3. Mis on faas? Mis on binaarne faasidiagramm ? Joonistage binaarne isomorfne faasidiagramm ja bihaar-eutektilist süsteemi kirjeldav faasidiagramm.
faas on materjali osa, millel on ühtlased füüsikalised ja keemilised omadused. binaarses faasidiagrammis on kaks komponenti (2 ainet). binaarne isomorfne faasidiagramm - kahe aine vastastikune lahutumine on täielik (toimub kõikidel komponentide kontsentratsioonidel, nt binaar-eutektiline süsteem: 2 ainet ei lahustu vastastikku kogu kontsentratsioonivahemikus, esineb eutektiline punkt, eutektilise koostisega sulam tahkestub madalaimal temperatuuril, võrreldes kõikide teiste koostistega. nt
4. Kirjeldage “kangireegli” rakendamist faaside osakaalu määramiseks binaarselt faasidiagrammilt.
5. Tooge näiteid defektide mõjust materjalide omadustele.
Defekti all peetakse silmas igasugust kõrvalekaldumist kristallvõre korrapärasusest. Defektide põhiliigitus on: punktdefektid, joondefektid, pinnadefektid ja ruumdefektid.

• Punktdefekt võib luua kristallvõres pingepunkti, mis vähendab dislokatsioonide liikuvust ja seetõttu tugevdab materjali.
  
• Joondefektide e. dislokatsioonide olemasolu kristallvõres mõjutab materjali plastilisust ja tugevust.
  
• Pinnadefekt on näiteks terade esinemise materjalitükis. Mida suuremad on terade orientatsioonide vahelised nurgad, seda tugevam aine on.
  
• Ruumidefektidena võivad esineda näiteks praod , poorid või kattuvused, mis teevad materjali nõrgemaks.
  

materjalides alati esinevate defektide tõttu ei saavuta materjalid kunagi oma teoreetilist tugevust. defektid on seotud ka materjali plastsusega - plastne deformatsioon toimub dislokatsioonide liikumise tulemusena (dislokatsioone on palju metallides - metallid plastsed - saab hästi töödelda).
6. Tooge näiteid difusiooni mõjust tehnoloogilistes protsessides.

• Pooljuhtidesse pannakse lisandaatomeid diffusiooni abil, et muuta nende elektrijuhtimise omadusi. (ingl.k. semiconductor doping )
  
• Diffusiooni abil paigutatakse kuni 1.5 mm paksusesse terase pinnakihti süsinikuaatomeid, et materjali pinda kõvemaks teha.
  
• tihti materjale kuumutatakse, et nende omadusi parandada, kuumutamise käigus toimub alati difusioon. üks materjalide tugevdamise strateegia on lisandaatomitega tahkete lahuste kasutamine - seal liiguvad lisandaatomid dislokatsioonide juurde tänu difusioonile.
  

7. Kuidas on materjali plastne deformatsioon seotud materjalis olevate defektidega?
kristalsetes materjalides toimub plastne deformatsioon põhiliselt dislokatsioonide liikumise tulemusena.
8. Mis on dislokatsioonide libisemine ja libisemissüsteem?
libisemine - dislokatsioonide liikumine nihkepinge mõjul. libisemissüsteemi moodustavad libisemissuund ja libisemistasand, kristallvõre ehitus määrab eelissuunad ja tasandid , mida mööda dislokatsioonid liiguvad.
9. Kirjeldage nelja materjalide tugevdamise strateegiat.

vähendada tera suurust. terade piirpinnad on libisemisele barjäärideks, väiksem suurus - rohkem barjääre.

tahked lahused - lisandaatomid moonutavad võret ja tekitavad pingeid, pinged tekitavad barjääri dislokatsioonide liikumisele. väikesed lisandid kontsentreeruvad dislokatsioonide juurde, suured lisandid kontsentreeruvad dislokatsioonide väiksema tihedusega poolele.

pretsipitatsioontugevdamine - selle käigus sadestakse kõvasid osakesi, neid on raske nihutada

külmtöötlus (%CW) - deformeerimine toatemperatuuril, töötlusel muutub üldiselt ristlõike pindala. dislokatioonid põimuvad omavahel külmtöötlusel ja nende liikumine muutub raskemaks.
10. Kuidas muutuvad materjalide omadused lõõmutamisel? Mis on rekristallisatsiooni temperatuur?
lõõmutamine vähendab dislokatsioonide tihedust ja suurendab tera suurust, selle tulemusel väheneb tõmbetugevus ja suureneb katkevenivus . rekristallatiooni etapil moodustuvad ehk kasvavad uued kristallterad, mis on väiksemad ja väiksema dislokatsioonitihedusega. rekristallatsiooni temperatuur - selle juures muutuvad omadused kõige kiiremini
11. Miks mõned metallid (näiteks tina ja seatina) ei kõvene deformeerimisel toatemperatuuril?
tina jaoks on toatemperatuur ülalpool rekristalliseerumise temperatuuri, seega pole toatemperatuuril võimalik läbi viia külmtöötlust, mis tina tugevust (kõvadust) tõstaks.
12. Kas materjalides esinevate pragude tippudes sisepinged võimenduvad või sumbuvad? Kuidas see efekt sõltub prao pikkusest ja tipuraadiusest?
prao tipus pinge kontsentreerub ehk võimendub, mida suurem on prao pikkus ja mida väiksem on tipuraadius (kõverusraadius), seda suurem on pinge prao tipus. a on prao pikkus
13. Olgu meil hulk mingi keraamilise materjali tükke (katsekehi). Selgitage, miks erinevate kehade purunemistugevused varieeruvad. Miks purunemistugevus üldiselt suureneb keha mõõtmete vähenedes?
erinevates kehades on erineval hulgal defekte, pragusid. maksimaalne defekti suurus määrab lubatava pinge. Mida väiksem keha, seda vähem defekte on materjalis, seda suurem purunemistugevus.
14. Mis vahe on materjalide hapral ja sitkel purunemisel? Millised materjalid purunevad hapralt?
plastsel purunemisel toimub tugev plastne deformatsioon prao ümbruses, protsess on aeglane ja peatub, kui pinget ei suurendata. hapra purunemise korral ei ole praod stabiilsed, võivad areneda väga kiiresti ja ilma pinget suurendamata.
15. Mis on materjalide väsimine?
väsimine on materjalide raugemine struktuurides, mis on dünaamiliste ja fluktureeruvate pingete mõju all ( sillad , masinate osad). sellistes tingimustes võib materjal ‘üles öelda’ väiksematel pingetel, kui staatilistest katsetest määratud tõmbetugevus. toimub pragude teke ja areng, mis on hapra iseloomuga . väsimuslikku tööiga saab pikendada, kui rakendada pindadele survepinge ja kõrvaldada pingekontsentreerijad ( teravad nurgad)
16. Mis on materjalide roomavus ?
ajast sõltuv püsiva deformatsiooni teke konstantse pinge mõjul, eristatakse 3 etappi: algne roome (roomekiirus väheneb ajas), püsiv roomavus, kustuv roomavus (roomekiirus suureneb ajas või roome sumbub). esineb kõikidel materjalidel.
17. Kuidas liigitatakse metalle ? Milline on põhiliste rauasulamite koostis ja sisestruktuur ?
rauasulamid ja teiste metallide sulamid .
malmid: süsinikku 3-4,5 massi%, mikrostruktuur : ferriit + grafiit või tsementiit
terased: kuni 1,4% süsinikku, mikrostruktuur austeniit . jagunevad vähelegeeritud ja paljulegeeritud terasteks, sõltuvalt teiste koostisainete sisaldusest, nt nikkel, kroom jne.
18. Nimetage külm- ja kuumtöötluse eelised ning puudused. Põhjendage.
kuumtöötlus - deformatsioon saavutatakse ülalpool rekristallatsiooni temperatuuri, külmtöötlusel allapoole seda temperatuuri.
kuumtöötluse korral on võimalikud suured deformatsioonid ja protsessi võib korrata , sest materjal jääb plastseks, puuduseks on pinna oksüdatsioon.
külmtöötlusel suurenevad materjali tugevus ja haprus (halb), eeliseks on paremad mehaanilised omadused ja parem pinna kvaliteet (väiksem oksüdeerumine)
19. Milliste materjalide ja toodete korral on valu kõige eelistatum valmistamisviis?
kasutatakse juhul kui 1) toorainest metalli tegemisel valatakse tulem valuplokkidesse
2) valmistatav asi on nii suur, et teised meetodid ei ole praktilised
3) sulam on nii habras , et külm ja kuumtöötlust ei saa kasutada
20. Andke ülevaade metallide (valmistamise ja töötlemise) põhitehnoloogiatest.
valamine - sulametall valatakse vormi, metall jääb tahkestumisel vormi kujuga, kuid tõmbub veidi kokku.
survetöötlus - vormimisega antakse metallile vajalik kuju, rakendatakse välist jõudu või pinget, mis peab ületama voolavuspiiri. külm ja kuumtöötlused. nt stantsimine - metall sepistatakse vastavalt vormile
ühendamine - nt keevitamine, kui ühe suure tüki valmisstamine ei ole praktiline
mehaaniline töötlus - nt pulbermetallurgia, metallipulber pressitakse vajalikku kujusse, millele järgneb termotöötlus tiheduse suurendamiseks - haprate metallide korral.
21. Kuidas liigitatakse keraamilisi materjale?
klaasid, savil põhinevad materjalid, kõrgtemperatuurne keraamika, tsemendid ja edendkeraamika.
22. Miks on oluline kontrollida keraamilise keha kuivatamiskiirust pärast selle hüdroplastset vormimist?
liiga kiire kuivatamine põhjustab keha mõranemist või pragunemist. vee eemdaldumisel osakestevahelised kaugused vähenevad, keha tõmbub kokku.
23. Nimetage savikeraamika valmistamise etapid ning kirjeldage erinevates etappides toimuvaid mikroskoopilisi protsesse.

algmaterjalid peenestatakse

vormimiseks kasutatakse hüdroplastilist vormimist (savile lisatakse vett - vee molekulid sobituvad molekulkihtide vahele, van der waalsi jõud kihtide vahel vähenevad) või liugvalu

vormitud keraamiline toode kuivatatakse, et eraldada sissejäänud vesi (osakestevahelised kaugused vähenevad, keha tõmbub kokku)

lõpuks keraamiline toode kuumutatakse, mille käigus osa algkomponentidest sulab klaasina ning täidab materjalid poorid (vitrifikatsioon).
24. Miks on oluline tsement jahvatada peeneks pulbriks? Millised on betooni
kõvenemise etapid ning mis nendes etappides toimub mikrotasandil?
Oluline on CaO jahvatada peeneks pulbriks, kuna suuremad CaO hakkavad hüdreeruma ja see põhjustaks paisumist. kõvenemisprotsess koosneb seeriast hüdreerumisreaktsioonidest. esialgses kõvenemises, mis toimub esimeste tundide jooksul, kaltsiumoksiid-alumiiniumoksiid komponent seondub veega ja eraldub soojus . seejärel pikaajalisemas tugevnemisfaasis osalevad kaks ränioksiidi sisaldavat komponenti
25. Andke ülevaade keraamiliste materjalide põhitehnoloogiatest.
tihendamine - nt pulberpressimine - pulber surutakse rõhu all vormi.
valamine - nt lintvalu, lähteaine valatakse õhukese painduva lindina
paagutamine - see järgneb pulberpressimisele, see on pressitud detaili kuumutamine . muudab materjali tihkemaks ja tugevamaks, väheneb materjali poorsus ja pulbri oskesed ühinevad tugevamalt
klaasi puhul: pudelite puhumine, pressimine, kiu tõmbamine, lehtklaasi valmistamine pidevvaluga
26. Kuidas liigitatakse plastmaterjale?
plastikud - kasutustemperatuur on madalam kui klaasisiirdetemperatuur
elastomeerid ja kummid - kasutustemperatuur on tunduvalt kõrgem kui klaasisiirdetemperatuuur.
27. Milles seisneb termoplastsete ja termokõvenevate plastide erinevus?

termoplastid muutuvad soojendamisel pehmeks ja jahutamisel kõvaks (protsess on pöörduv); termokõvenevad plastid muutuvad kuumutamisel jäävalt kõvaks ning ei sula enam.

termoplastidel on makromolekulide vahel van der waalsi jõud, termokõvenevates plastides on polümeerahelad seotud kovalentsete ristsidemetega.

termokõvenevad plastid on vähem roomavad, intertsemad, kasutatavad kõrgematel temperatuuridel

termoplaste saab ümber töödelda, termokõvenevaid vist mitte
28. Milliseid lisandeid ja millistel eesmärkidel kasutatakse plastide valmistamisel?
plastifikaatorid - et plastsust tagada
värvained - erinevat värvi plastide valmistamiseks
määrdeained - kleepumise ja hõõrdumise vähendamiseks töötlemisel
UV stabilisaatorid, antioksüdandid, süttimiskindluse suurendajad, antistaatilised lisandid
29. Andke ülevaade plastide põhitehnoloogiatest.

vormidesse valamine - enamasti kasutatakse ka rõhku, sest lähtematerjal on viskoosne . termoplastid tahkestuvad aja jooksul jahtudes; termokõvenevatel materjalidel vaja lisakuumutust kõvenemisaja jooksul

survepritsvalu- plastik sulab kuumutuskambris edasi liikudes, sulaplastik pressitakse rõhu all vormi.

survevormimine - lähtematerjal pannakse vormi, kuumutatakse ja avaldatakse survet , vedel polümeer võtab vormi kuju

ekstrusioon - pressimine läbi ava tiguvõlli abil, lehtede ja torude valmistamiseks.
30. Kuidas liigitatakse komposiitmaterjale?
liigitatakse sõltuvalt täitematerjali kujust , täitematerjaliks võivad olla: osakesed, kiud ja laminaadid (strukturaalsed).
või siis liigitada vastavalt maatriksi materjalile - kas metall, keraamika või polümeer.
31. Millised on komposiitide kasutamise põhilised eelised?
suurem sitkus, suurem elastsusmoodul tiheduse kohta, suurem tugevus, väiksem roome.
näiteks struktuursed komposiidid on k ergemad, olles sama tugevusega
32. Milline on polümeermaatriksi ja milline kiudude funktsioon klaasplastis (ehk
üldiselt kiud- armeeritud polümeerkomposiidis)?
kiud on väga tugevad tõmbele ja parandavad oluliselt komposiidi tugevust ja jäikust. polümeermaatriks hoiab kiudusid paigas, kaitseb kiudude pinda ja kannab koormuse üle kiududele.
33. Miks peab kiudarmeeritud materjalis side kiu ja maatriksi vahel olema tugev?
et maatriks kannaks koormuse üle kiududele. kui materjal on koormuse all, siis kiudude lõpus kannab maatriks kiule vähem koormust üle kui materjali keskel ja sellest tulenevalt on kiududel teatud kriitiline pikkus. komposiidi tugevus sõltub tugevalt sellest, kui tugev on side kiu ja maatriksi vahel. lisaks peab side olema tugev, et vähendada kiu väljatõmbamist.
34. Kuidas on kiudarmeeritud komposiitmaterjali elastsusmoodul seotud
komponentide elastsusmoodulitega?
pikisuunas , V on ruumifraktsioon. komposiitmaterjali elastsusmoodul on selle komponentide elastsusmoodulite summa, arvestades nende ruumilist osakaalu. ristisuunas on 1/E = Vm/Em + Vf/Ef.
35. Kirjeldage lühidalt laminaatkomposiite. Milline on peamine põhjus nende materjalide valmistamiseks? Tooge näiteid konkreetsete materjalide kohta.
laminaadid on kihilised seotud kiud-tugevdatud plaadid , eeliseks on ühtlane jäikus. kärgkomposiidi puhul kahe pinnaplaadi vahel on kärgsüdamik, mis suurendab tugevust ristisihis, annab vibratsioonikindlust. laminaatparketid, laminaatplaadist mööbel, kihilisest plastikust mööbel. peamine põhjus valmistamiseks: need on kerged, samas tugevad. nt FRP - fiibritega tugevdatud plastik lennukis. odav ka - odavam kui täispuitmööbel.
36. Andke ülevaade komposiitmaterjalide põhitehnoloogiatest.
pultrusioon - pidevad kiud tõmmatakse läbi vaigu ja siis läbi vormivate ja kuivatavate matriitside
kiudmähkimine - pidevad kiud keritakse südamikule
37. Mis on nukleatsioon ja millega on määratud selle protsessi tulemusel tekkinud klastri kriitiline raadius?
nukleatsioon on spontaanne uue faasi klastrite teke algfaasis (sisuliselt: spontaanne kristalli kasvutsentri tekkimine). klastrid, mille raadius ületab kriitiline raadiuse, on võimelised edasi kasvama makroskoopilisteks kristallideks. üleküllastuse suurenedes kriitiline raadius väheneb.
38. Miks vedeliku kristalliseerumine vajab alajahutust?
et tekiks üleküllastus, mis on kristalliseerumise jaoks liikumapanev jõud
39. Kas tervikkristalli kasvatamiseks on vaja suurt või väikest alajahutust? Miks?
väikest alajahutust, siis tekib vähe nukleatsioonitsentreid, mis kasvavad suurteks kristallideks.
40. Mis vahe on homogeensel ja heterogeensel nukleatsioonil? Kumb neist vajab
suuremat alajahutust (või üldisemalt – suuremat üleküllastust)? Miks?
homogeensel nukleatsioonil peavad püsivad nukleatsioonitsentrid ise tekkima , heterogeensel on stabiilne nukleatsioonipind olemas - nt lisandid vedelfaasis või vormi sein. seetõttu on heterogeenne nukleatsioon kergemini toimuv ja vajab väiksemat üleküllastust.
41. Milles seisneb otseste ja mitteotseste kristallikasvatusmeetodite erinevus? Tooge näiteid otseste ja mitteotseste kasvatusmeetodite kohta.
otsese meetodi korral sisaldavad lähtematerjalid ainult neid komponente, mis esinevad soovitud kristalls, nt alfa-Al2O3 kristallide kasvatus sulast Al2O3-st.sulafaas on sama koosseisuga kui tahke faas.
mitteotsese meetodi korral kasutatakse lisakomponente. seda on vaja siis, kui kristall laguneb sulamisel erinevate koostistega vedelikuks ja tahkiseks (mittekongruentselt sulavad kristallid ), või kui vedeliku tahkestumispunktis tekib teine struktuur kui vaja (nt SiO2 tahkestumisel temperatuuri langemisel muundub üks tahke struktuur järjest teiseks, kuni jõutakse alfa-kvartsini.).
42. Kirjeldage põhilisi kristallide kasvatusmeetodid (Verneuil, Bridgman, Choralski, tsoonsulatus, lahusest kasvatamine ).
Verneuil
Esimene äriliselt edukas kristallide kasvatamise meetod. Alumiiniumoksiidi pulbri mahutisse lastakse hapnikku ja mõlemad ained lähevad mööda toru alla vesinikku täis kambrisse , kus 2000°C leegi toimel pulber sulab ja tilgad kukuvad all asuvale vardale. Tilkadest tekkiv kiht kasvab, kuni jõuab punkti, kus kihi ots on vedelas olekus. Sinna hakkabki tekkima kristall, mida kasvatatakse järjest, lastes varrast aina alla poole. Kusjuures põhi samal ajal kristalliseerub ja tipp on vedel.
Bridgman
Kristalliitmaterjali kuumutatakse üle sulamispunkti ja tal lastakse vaikselt jahtuda alates kristalli algpunkist ehk seemnekristallist. Selle protessi abil tehakse pooljuht kristalle, mille tegemine Choralski tehnikaga on keerulisem.
Choralski
Täpselt suunatud seemnekristalli varras pannakse sulanud räni sisse. Samal ajal seemnekristalli üles tõmmates ja seda keerutades moodustub seemne ümber kristall. Tõmbamise ja keerutamise kiirus on üliolulised protsessi õnnestumiseks.
Selle protsessiga kasvatakse monokristallset räni, mis on põhiline materjal kogu mikrokiipide ja teiste integraalskeemide tootmisel.
Tsoonsulatus
Antud meetod on kristallide puhastamiseks . Selle käigus sulatatakse kitsas ala kristallist ja järjest uut ala kuumutades, liigutatakse seda piki kristalli. Liikuva sulanud ala ees olnud ebapuhas tahkisest jääb maha puhas materjal.
Lahusest kasvatamine
Lahusesse asetatud seemnekristalli ümber moodustub kristall lihtsamini tänu juba molekulaarselt paigas olevale seemnerkristallile.s
43. Andke lühiülevaade õhukeste kilede kasvatusmeetoditest.
Vaakumaurustus
Kilematerjal aurustatakse vaakumis ning vaakum laseb auruosakestel otse objekti pinnale liikuda , kus aine läheb uuesti tahkesse olekusse ja moodustab õhukese kile.
Molekulaarkimp epitaks
Protsessi viiakse läbi vaakumis ja tänu väga madalale sadestumiskiirusele saab see toimuda epitakselt ehk sarnaselt kristallide moodustumisele. Protess ise keeruline...
Impulss - laser sadestus
Selle tehnika puhul fokusseeritakse suure energiaga pulseeriv laser materjalile, mida tahetakse kileks sadestada. Laserkiir aurustab materjali ja see sadestub materjali vastas asuvale pinnale. Protsess toimub vaakumis.
Keemilise aurufaasi sadestus (CVD)
Kasvatusalused asuvad reaktoris , kuhu lastakse termiliselt ebastabiilset ja kasvatavat komponenti sisaldavat gaasi. Reaktori temperatuuri tõstetakse kuni gaas laguneb ning eraldunud tahke osa sadestub kilena alustele ja jääkgaas imetakse reaktorist välja. Tööstuses levinuim õhukeste kilede sünteesimisviis.
Metall-orgaaniline aurofaasi epitaksia
Lähetaineteks on metallorgaanilised ühendid. Protsess ise on väga keeruline.
44. Nimetage kolm optilise litograafia liiki. Kirjeldage ja iseloomustage neid.

Kontaktlitograafia korral pressitakse mask vahetult vastu alust. Meetodi eeliseks on hea ruumiline lahutus, puuduseks maski suhteliselt kiire mehaaniline kulumine (mask on kallis asi!)

Lähilitograafia korral asetatakse mask 20-50μm kaugusele alusest. See vähendab maski kulumist, kuid samas valguse difraktsiooni tõttu ka ruumilist lahutust .

Projektsioonlitograafia korral projekteeritakse maski kujutis alusele kõrglahutusega optilise süsteemi abil. Meetod lubab parimat lahutust, samuti saab sellisel juhul kasutada vähendatud (5-10:1) kujutist, mis vähendab nõudeid maski valmistamistäpsusele.
45. Milliseid söövitusmeetodeid kasutatakse mikrostruktuuride valmistamisel.
keemiline märgsöövitus - toimub aluse või happega . alus kastetakse söövitajasse või pihustatakse söövitajat alusele, söövituse peatamiseks pestakse struktuur puhta veega. kui materjal on amorfne või polükristalliline, siis on keemiline märgsöövitus isotroopne - materjali eraldamine kulgeb igas suunas sama kiirusega. kristallilise materjali puhul toimub söövitus eelistatult piki teatud pindu.
kuivsöövitus - kasutatakse plasmat. materjali eemaldamine toimub ioonide keemilisel või füüsikalisel vastasmõjul materjaliga . kuivsöövitust saab kasutada kõikide materjalide korral, ka nt plaatina korral, mille eraldamine märgsöövitusega on raske.
kuivsöövitusel on erinevad söövitustehnikad:
füüsikaline tolmutus: pmst liivapritspuhastus aatomskaalas, liiva aseme kasutatakse keemiliselt intertseid ioone, toimub vaakumis kahe elektroodi vahel
ioonkimp-söövitus: kasutatakse ioonkahurit, kallim kui tolmutuse meetod
keemiline plasmasöövitus: kasutatakse reaktiivseid gaase, mis moodustavad materjaliga keemiliselt reageerivaid radikaale
kombineeritud kuivsöövitus: kombineeritakse eelnimetatud protsesse
46. Kirjeldage mikrostruktuuride valmistamise lift -off (eraldamise) tehnikat .
https://en.wikipedia.org/wiki/Lift-off_%28microtechnology%29
Lift-off tehnoloogia abil saab luua aluspinnale vajalikust materjalist koosnevaid mustreid , järgneb litograafiale.

Aluspinna ettevalmistus.

Aluspinnale pannakse söövitatav materjal.

Aluspinnale pandud materjal söövitatakse kohtadest , milles hiljem säilib aluspinnal olev sihtmaterjal ning seega tekib vastupidine muster. (Söövitamata on kohad, kus hiljem sihtmaterjali ei paikne)

Sihtmaterjal asetatakse kogu pinnale.

Kogu allesjäänud söövitatav materjal söövitakse.

Aluspinnale jääb alles nõutud muster sihtmaterjalist.
konspektist: pärast litograafilist protsessi on alusel resisti (söövitatav materjal). sellele kantakse struktureeritava materjali õhuke kile, mille paksus peab olema väiksem kui resistikihi paksus ja resisti servad peavad jääma katmata , et järgnev lahustamine võimalik oleks. Seejärel lift-off protsessis lahustatakse selektiivselt resist ning koos sellega eraldub ka metallkile resisti pinnal. järgi jääb vaid aluse pinnale kantud materjal.
47. Andke ülevaade mikrostruktuuride valmistamisest litograafia abil.
Litograafia on kujutise kandmine alusmaterjalile, millega see valmistatakse ette
järgnevaks söövitusprotsessiks. Selleks:

kaetakse alus fototundliku (fotoresisti) õhukese kilega ;

aluse ja kiirgusallika (ultravioletse valgusallika, röntgenkiire, elektronkiire , ioonkiire) vahele pannakse fotomask;

Fotoresisti kiiritatakse kindla ekspositsiooniga ning seejärel eemaldataksekiiritatud fotoresisti alad ilmutilahuses (positiivprotsessi korral).
48. Millistes valdkondades kasutatakse lasertehnoloogiaid? Kirjeldage neid tehnoloogiad. Millised on nende tehnoloogiate põhilised eelised?
Valdkond - kirjeldus - eelised
•Lõikamine, keevitamine, puurimine - kasutatakse võimsaid lasereid, mis läbi läätse suunatakse ühte punkti ning selles punktis lõigatav materjal hakkab kuumuse tõttu sulama. Laseri liigutamine võimaldab erinevaid kujundeid välja lõigata. Keevitamisel kasutatakse vähem kuumust, et mitte sulatada materjali üles. - eelised: kiire, automaatne , peen lõige, vähe müra, vähe tolmu, igas suunas saab lõigata.
•Pinnatöötlus (pinna tugevdamine, katmine , puhastamine, jne.) -
•Skraibeerimine, markeerimine - ( https://www.youtube.com/watch?v=nyGjR04a5aE ) digitaalse faili teisendamine materjalile, kus pilt tõlgitakse masinkoodi, ning laser siis saab käsurea joonistatavast pinnast. Nüüd läbib ta joonistava pinna ning märgib pinna staatilise elektriga . Staatiline elekter tõmbab endasse toonerit ning tulemusena saab aluspind kaetud soovitud digitaalse pildiga. - eelised: kiire, täpne, odav(vajab vähe resurssi ).
•Komponentide trimmimine mikroelektroonikas - on elektroonika komponentide laserlõikus ehk võimaldab väikeseid elektroonikakomponentide nagu takistite, kondensaatorite lõikamist. - eelised: vähem praaki , kiire, vähe müra, ülitäpne, servad pole sakilised, automaatne,
•Pinna rekristalliseerimine pooljuhttööstuses -
• Stereolitograafia , selektiivne paagutus (selectivesintering) -> kiire prototüüpimine (rapid prototyping)
•Õhukeste kilede valmistamine - (suhteliselt pikk protsess, võib lühidalt ümber kirjutada kes oskab) - link : http://dspace.ut.ee/bitstream/handle/10062/30845/Timo%20_Tolmusk%20.pdf?sequence=1
•Laserpuhastus- peab eemaldama saastekihi või pinnakatte, jättes aluspinna (ka latentselt) kahjustamata ja vajaliku pinnastruktuuriga. eelised: - elektiivne, hästi lokaliseeritav, mittekontaktne, protsess on hästi jälgitav ja kontrollitav,keskkonnasõbralik, rakendatav väga erinevat tüüpi objektidel
49. Kirjeldage räni-tehnoloogia põhilisi etappe toorainest kiipideni.
näide: https://www.youtube.com/watch?v=Dr9QitCFUlQ
Räni ehk silikoni on liivas ligikaudu 25%, kuid selleks, et seda kasutada pooljuhtide tootmiseks, peab räni olema 100% puhas. Puhtus on põhi sellele, et saavutada funktsiooni mikrokiipidel.
Puhast silikoni kuumutatakse, kuni sulamiseni. Sulatatud silikon võimaldab keemiliste omaduste tõttu keemiliselt siduda tooraine ning jahutamisel tekkib pikk tahke räni toru. Kui protsess on lõppenud, siis lõpptulemus (tahke räni toru) on samade füüsikaliste näitajatega nagu orginaal tooraine materjal. Seejärel toimub lõikamine, kus toru lõigatakse waferiteks. Silikoni kasutatakse tema juhtiva omaduste poolest molekulaar struktuuris. Teatud tingimustel silikon juhib elektrit ja teatud tingimustel mitte. Sellest ka sõna pooljuht. Sisse/välja lülitamise võimalus on põhjaks sellele, miks transistor funktsioneerib ühtedele ja nullidele digitaal loogikas. Selleks, et saavutada pooljuhi omadused, tuleb teha veel erinevaid etappe, vastavalt seadme keerukusele.

• Sadestus on protsess, millega kasvatatakse eraldav kiht silikoni pinnale.
  
• Difusioon küpsetab lisandeid waferi piirkondadesse, et saavutada elektrilised omadused.
  
• Ioonimplatsiooni on teine protsess, kus kattes räni erinevate lakkidega muudetakse elektrilisi omadusi. (räni sidemete vahele lisatakse ioone)
  

Nende etappide vahel kiip kaetakse pildi mustriga läbi fotolitograafia.. Fotolitograafias kasutatakse kindlat maski , et paljastada fotoresist, mis waferile on kantud. Muster kõveneb sarnaselt maskile.

• Söövitamine eemaldab valitud piirkonnad kasutades plasmat, mis reageerib materjaliga, mis ei ole kaetud kõvenenud fotoresistiga.
  

Neid etappe korratakse, et tekitada transistori kihid täpsete opereerimis omadustega.

• Metalliseerimine protsess vormib kriitilised sidumid transistorite vahel ning samuti elektriskeemi “padide” tegemiseks.
  

50. Nimetage elektroonikakiipide tööstuses kasutatavad põhilised (a) materjalid, (b) matejalitehnoloogiad

Räni, Germaanium .

söövitamine, iooniseerimine, sadestamine, lõikamine, jahutamine , sulatamine , metalliseerimine