Фазовые превращения в кремнии под воздействием импульса тока

Введение 4
1. Особенности фазовых превращений 6
1.1 Структурные особенности основных полупроводниковых материалов и систем металлизации 6
1.2 Фазовые переходы 12
2. Фазовые превращения под воздействием тока 15
2.1 Взаимодействие компонентов металлизационного покрытия со стеклофазой керамики. 15
2.2 Фазовые превращения, с оплавлением систем металлизации 22
Заключение 31
Список использованных источников 32
Приложение 37

Весь текст будет доступен после покупки

Одно из важнейших направлений исследований в области физики полупроводников - это освоение структурных и морфологических свойств материалов и приборов, в том числе при фазообразовании, как в самом полупроводнике, так и на межфазных границах. Материалы, которые используются в полупроводниковой технике (монокристаллы, системы металлизации, контакты, пассивирующие пленки) являются термодинамически неравновесными, а также они способны между собой вступать в разные реакции на границе раздела фаз. Взаимодействие между компонентами может осуществляться как на стадии производства структур и дальнейших технологических операций, а также и в процессе эксплуатации полупроводникового прибора. Физика фазовых переходов в полупроводниках и контактных системах металл-полупроводник достигла больших успехов. В то же время, актуальными продолжают оставаться исследования процессов плавления и кристаллизации, при нестационарном нагреве локальных участков полупроводниковых структур, процессов контактного плавления в системах металл-полупроводник, а также сопутствующие механизмы дефектообразования в полупроводнике при условии локального плавления или кристаллизации. Это дает нам возможность получить информацию о взаимодействии компонентов в нестационарных условиях, также о механизмах динамики зарождения и миграции жидкой фазы, как по поверхности, так и в объеме полупроводника. Особую важность данным исследованиям придает то обстоятельство, что они позволяют нам определить оптимальные режимы работы прибора при импульсных воздействиях, а также разработать методики экспресс диагностики состояния полупроводниковой структуры. Именно по данной причине в последние годы наиболее усилился интерес по изучению фазовых превращений в полупроводниковых структурах.
Помимо того, изучаемые вопросы весьма актуальны при реализации процесса программирования постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), в которых между шинами используются перемычки в виде пленочных проводников. В таких ПЗУ процесс программирования будет заключатся в пережигании определенных перемычек. Электрическое пережигание перемычек не всегда гарантирует надежное программирование ПЗУ, поскольку в процессе эксплуатации микросхемы возможно восстановления проводимости перемычки, что может привести к искажению записанной информации.
Вот поэтому исследования фазовых переходов в полупроводнике, системах металлизации и на межфазных границах, механизмов дефектообразования, которые сопутствуют поверхностным тепловым ударам в кремнии, являются актуальными.
Целью данной работы является: исследование фазовых превращений металлического покрытия при пропускании импульса тока.
Согласно с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить структурные особенности фазовых превращений.
2. Выявить основные механизмы перемещения межфазных границ.
3. Рассмотреть фазовые превращения первого рода.
4. Построить графики глубины проникновения стеклофазы в поры металлизационного покрытия при толщине переходного слоя.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Особенности фазовых превращений
В текущем разделе предложен обзор, посвященный особенностям фазовых переходов и процессам регресса полупроводниковых структур в режимах работы с высокими плотностями тока. Также в данной главе были проанализированы основные материалы, которые можно использовать в полупроводниковых приборах, в частности в системах металлизация.
1.1 Структурные особенности основных полупроводниковых материалов и систем металлизации
До настоящего времени основным материалом для того, чтобы изготовить интегральную микросхему (ИМС), является кремний. В свою очередь он имеет ряд свойств, которые позволяют формировать на нем диэлектрические слои для того, чтобы маскировать от проникновения различных примесей, также для защиты поверхности от воздействия внешней среды, которые обеспечивают высокие рабочие температуры [2].
Кремний имеет кристаллическую решётку в виде алмаза, данную решётку возможно представить в виде двух гранецентрированных кубических решеток, которые сдвинуты друг от друга на 1/4 диагонали куба. Длина ребра куба равна 0,54 нм, а расстояние между соседними двумя атомами, которые находятся вблизи друг к другу достигает 0,23 нм [1,2]. Каждый из атомов будет связан с четырьмя близлежащими ковалентными связями, которые по отношению к данному атому размещены в вершинах правильного тетраэдра (рисунок 1)

Весь текст будет доступен после покупки

1. Громов Д.В., Краснюк А.А. Материаловедение для микро- и наноэлектроники. М.: МИФИ, 2008. 156 с
2. Мильвидский М.Г. Полупроводниковый кремний на пороге XXI века.//Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. 2000. №1. С.4-14.
3. Громов Д. Г. Металлизация ультрабольших интегральных схем. М.: БИНОМ., 2015. 280 с.
4. Огурцов О.С. Материаловедение. ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет / Краснодар 2008. – 94с.
5. 30 Years of electroless plating for semiconductor and polymer micro-systems / Shacham-Diamand Y., Osaka T., Okinaka Y., Sugiyama A., Dubin V. Microelectronic Engineering. 2015. Vol. 132. P. 35-45
6. А.М. Орлов, Б.М. Костишко, А.А. Скворцов. Физические основы технологии полупроводниковых приборов иинтегральных микросхем: учебное пособие2-е издание, перераб. и доп. Ульяновск: УлГУ, 2015. 423 с.
7. Герасименко Н.Н. Кремний – материал наноэлектроники. М.: Техносфера, 2007. 351 c.
8. Ройзин Н.М., Моставлянский Н.С. Исследование физических процессов в мощных транзисторах, определяющих их надежность в импульсных режимах. //Полупроводниковые приборы и их применение. Вып. 10. М.: Сов. радио. 1963. с. 131-166.
9. . Миллер Ю.Г. Физические основы интегральных схем. М.: Сов. Радио, 1976. 320 с
10. Саратовкин Д.Д., Савинцев П.А. Эффект контактного плавления как причина низкоплавкости эвтектик. // Докл. АН СССР. 1947. Т. 58. № 9. С. 1943-1944.
11. Ахкубеков А.А., Орквасов Т.А., Созаев В.А. Контактное плавление металлов и наноструктур на их основе. М.:ФИЗМАТЛИТ. 2008. 152 с
12. Гетажеев К.А., Оганов А.Е., Савинцев П.А. К вопросу о контактном плавлении кристаллов в стационарном режиме. // Электронная техника, серия «Технология и организация производства». 1970. № 1. 20-25 с.
13. Скворцов А.А., Орлов А.М., Мурадов В.Е. Особенности контактного плавления в многослойных тонкопленочных структурах при импульсном токовом воздействии. //ПЖТФ. 2010. Т.35. Вып.3. 41-48 с.
14. Скворцов А.А., Каленков С.Г., Корячко М.В. Фазовые превращения в системах металлизации при нестационарном тепловом воздействии// Письма в ЖТФ. 2014. Т.40.№18. 24-32 с.
15. Залкин В.М. О двух теориях начальной стадии контактного плавления. //Расплавы. 2004. №2. 93-95 с.
16. Майборода В.П. Структура алюминия вблизи температуры плавления. //Металлы. 1993. №3. 43-45 с.
17. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. - М.: Металлургия, 1972. 240 с.
18. О направлении перемещения расплавленного металла по поверхности германия и кремния под действием электрического тока. Физика и техника полупроводников. / Ларионов И.Н., Ройзин Н.М., Ногин В.М., Аврасин Э.Т. 1967. Т.1. №9. 1414-1420 с.
19. Глазов В.М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. М.: Наука. 1967. 371 c.
20. Коренев Б.Г. Задачи теплопроводности и термоупругости: решения в Бесселевых функциях. М.: Изд.-вофиз.-мат. лит. 1980. 400 с.
21. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. М.: Металлургия. 1971. 344 с.
22. Skvortsov A., Zuev S., Koryachko M., Glinskiy V. Thermal shock and degradation of metallization systems on silicon. Microelectronics International.33 (2). Skvortsov A., Zuev S., Koryachko M., Glinskiy V. 2016. P. 102-106.
23. Nowok G. Analysis of atomic diffusion in liguid metals at melting temperatures in capillary - like media. //Acta met. et mater. 1994. №12. Р.4025-4028.
24. Talanin V.I., Talanin I.E. Nucleation, transformation and growth of microdefects in FZ-Si // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2004. V. 7, N 1. P. 16-21.
25. А.М. Орлов, Б.М. Костишко, А.А. Скворцов.Физические основы технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: учебное пособие. 2-е издание, перераб. и доп. Ульяновск: УлГУ, 2015. 423 с.
26. Скворцов А.А., Орлов А.М., Зуев С.М. К вопросу диагностики деградационных процессов в системе металл–полупроводник. Микроэлектроника. 2012. Т.41. №1. 36-40 с.
27. Магнитопластический эффект: основные свойства и физические механизмы. Кристаллография. /Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. 2003. Т.48. №5. 838-867 с.
28. Орлов А.М., Скворцов А.А., Фролов В.А. Акустическая эмиссия в дислокационном кремнии при токовых и тепловых воздействиях.// Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. Вып.3. 28–32 с.
29. . Oates A.S. Elektromigration in multilayer metallization. Drift-Controlled degradation and the electromigration threshold of Al-Si-Cu/TiNхOу /TiSi2 contacts. //J. Appl. Phys. 1991. №10. Pt.1, p.5369-5373.
30. Lytle S.A., Oates A.S. The effect of stress-inducid voiding on electromigration. //J. Appl. Phys. 1992. №1. Р.174-179.
31. Characterisation of the early stages of electromigration at grain boundary triple junctions. //Appl. Phys. Lett. Cenut M., Li Z., Baner C.L., Mahajan S., Tang P.F., Milnes A.G. 1991. №21. Р. 2354-2356.
32. Белоусов О.К. О природе энтальпии плавления металлов. //Металлы. 1993. №3. 29-34 с.
33. Темкин Д.Е. Кинетика процесса контактного плавления в стационарном режиме. // Изв. АН СССР. Металлы. 1967. №3. 219-225 с.
34. . Вершок Б.А., Новосадов В.С. Расчет нестационарной кинетики процесса контактного плавления. // ФизХОМ. 1974. № 2. 61-65 с.
35. Dominic Groulx, Marcel Lacroix. Effects of convection and inertia on close contact melting. //International Journal of Thermal Sciences. 2003.Vol. 42. Issue 12. P. 1073-1080.
36. Хайрулаев М.Р. Диффузионный механизм контактного плавления. // Расплавы. 2009. вып.2. 68-73 с.
37. Стриха В.И., Бузанева Е.В. Физические основы надежности контактов металл-полупроводник в интегральной электронике. М.: Радио и связь. 1987. - 256 с.
38. Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Справочник. М.:Металлургиздат, 1962. 760 с.
39. Bowden F.P. Thomas F.R.S. and P.H. The Surface temperature of sliding solids. //Proc Roy Soc. 1954. Vol. A233. P. 29-40.
40. Орлов А.М. Механизм вытеснения расплавленных зон током из объема монокристаллической матрицы. //Электроперенос и его приложения. Новосибирск. Наука. 1982. 129-132 с.
41. А. Ф. Банишев, В. С. Голубев, А. Ю. Кремнев, “Разрушения поверхности кремния в твердой фазе при воздействии импульсов YAG:Nd-лазера”, Квантовая электроника, 25:10 (1998), 941–944 с.
42. О.Н. Королева, А.В. Мажукин. Теплофизические характеристики электронного газа кремния в области фазовых превращений Москва — 2018, 3-4 с.
43. “Генерация оптической второй гармоники: роль симметрии и локальных резонансов (обзор)”, Квантовая электроника / И. М. Баранова, Т. В. Долгова, И. А. Колмычек, А. И. Майдыковский, Е. Д. Мишина, Т. В. Мурзина, А. А. Федянин, 52:5 (2022), 407–425 с.
44. О. Н. Королева, А. В. Мажукин, “Теплофизические характеристики электронного газа кремния в области фазовых превращений”, Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, 073, 27 с.
45. В. В. Неверов, А. А. Чернов, “Природа фазовых превращений в кремнии”, Физика твердого тела, 28:1 (1986), 176–179 с.
46. Kim Y.-M., Kang D.-S., Hong S.-K., Kim Y.-C., Kang C.-S., Choi S.-W. Influence of variation in the silicon content on the silicon precipitation in the Al–Si binary system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2017. vol. 128 (1), pp. 107–113.
47. Jablonski M., Knych T., Mamala A., Smyrak B., Wojtaszek K. Influence of Fe and Si addition on the properties and structure conductivity aluminium. Archives of Metallurgy and Materials, 2017. vol. 62 (3), pp. 1541–1547.
48. В. В. Кузнецов, Е. А. Когновицкая, Э. Р. Рубцов. Введение в теорию термодинамику фазовых превращений Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2019, 9-10 с.
49. Скворцов А.А., Каризин А.В. Магнитопластичность и диффузия в монокристаллах кремния //ЖЭТФ. 2011.Т.140. 6(12). С.96-100.
50. Е.Ермолаев, П.Козлов, В.Егошин, Д.Дмитриев. Металлокерамические платы и корпуса микросхем повышенной степени интеграции. Обеспечение вакуумплотности., Электроника НТБ, вып.№5/2015. – с. 116-120.
51. Дислокационный ангармонизм в кремнии. /Скворцов А.А., Орлов А.М., Никитин К.Е., Литвиненко О.В. Письма в ЖТФ. 2000. Т.26. Вып.21. 82-88 с.

Весь текст будет доступен после покупки