Влияние окисления металлических радиотехнических материалов на характеристики надежности радиоэлектронного оборудования

• Автор: Титов, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.02, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Перечень используемых сокращений РЭО - радиоэлектронное оборудование;
РТМ - радиотехнические материалы;
ИС - интегральная схема;
ППП - полупроводниковый прибор;
СВЧ - сверхвысокие частоты;
ЭДС - электродвижущая сила;
МОП - металл-оксид-полупроводник;
МДП - металл-диэлектрик-полупроводник; pH - кислотно-щелочной баланс;
Перечень используемых обозначений х, у - пространственные координаты;
Ьх, Ьу - размеры области решения по осям X , у соответственно; С к - удельная теплоемкость материала; рк - плотность материала;
Тк - температура материала;
Як- коэффициент теплопроводности материала;
к — номер радиотехнического материала;
Q - удельное тепловыделение источника; t - время работы электронного прибора;
1 - ток в проводнике;
1{(ТХ) - сопротивление проводника при температуре Тх; г - шаг расчета по времени;
К0 - сопротивление проводника при температуре 1 = 273 К;
У - удельное сопротивление проводника;
2 - характерный размер области решения;
5 — площадь поперечного сечение проводника;
Р - температурный коэффициент сопротивления проводника;

tM - максимальное время работы прибора;
Тв - температура окружающей среды;
а(Тк) - коэффициент конвективного теплообмена с внешней средой;
£ - приведенный коэффициент черноты поверхности тела и окружающей среды;
о - постоянная Стефана-Больцмана;
хт, у, - шаги сетки по пространственным координатам х, у;
N, М, J - число узлов разностных сеток по координатам t, х, у соответственно;
d - толщина проводника в области окисления;
h - толщина слоя окисла
£к - коэффициент черноты поверхности тела;
£в - коэффициент черноты окружающей среды; g - номер итерации; ô - заданная точность вычислений; q - знаменатель геометрической прогрессии; п - номер временного слоя по координате t ;
т, j номера узлов координатной сетки по координатам х, у соответственно;
Рт 5 Чт ~ вспомогательные коэффициенты;
Г ,(р - пространственные координаты;
Lr - радиус проводника с изоляцией;
rm, (pj - шаги сетки по пространственным координатам г, (р ;
Ul - тепловыделение прибора за время N т ;
U2 - тепло отведенное от корпуса прибора через боковую поверхность за время N т ;
U3 - тепло, накопленное внутри прибора;

в - константа скорости химической реакции; в0 - предэкспоненциальный множитель;
и, - относительная массовая концентрация кислорода на поверхности металла;
Е - энергия активации;
Я - универсальная газовая постоянная. к0 - начальная толщина оксидной пленки;
М1, Мъ, М4 - молярные массы металла, кислорода и оксида соответственно;
, г3, г4 - стехиометрические коэффициенты; с!0 - начальная толщина металла;
п2 - относительная массовая концентрация кислорода в воздухе; ф - коэффициент массообмена;
Мщ,- диффузионный критерий Нуссельта;
О - коэффициент диффузии кислорода в воздухе;
Ь - ширина зоны дефекта;
Q1 - тепловой эффект реакции окисления.

Установлено [58], что отказы контактов типа металл-полупроводник происходят в результате диффузии ионов контактирующих материалов. Вызвано это различием в коэффициентах диффузии и энергиях активации электромиграции разнородных материалов. На положительных контактах диффузионных резисторов под действием протекающего тока ионы кремния проникают в пленку алюминия и диффундируют далее в ней по границам зерен металла. На отрицательных - силы «электронного ветра» [58] заставляют ионы алюминия диффундировать в кремний. Но так как диффузия ионов кремния в пленку алюминия проходит значительно легче, чем диффузия ионов алюминия в кремний, то на отрицательных контактах будет происходить накапливание массы алюминия, а на положительных -образование пустот в кремниевых резисторах. В результате этих процессов на отрицательных контактах диффузионных резисторов наблюдается образование бугорков или рост «усов» в контактирующей с кремнием пленке алюминия, а на положительных закорачивание нижележащего р-п перехода или разрывы в пленке алюминия, вызванные заполнением алюминием образованных в кремнии пор [58]. Кроме этого, образование избыточного количества кремния на границах зерен алюминия приводит к уменьшению когезии и шелушению пленок алюминия. Неравномерность протекающего по ширине контакта тока приводит к тому, что на ранних стадиях его работы диффузия кремния в пленку алюминия происходит в большей мере у края контактного окна, где течет наибольший ток. Повышению скорости процесса способствуют механические напряжения в кремнии у края контактного окна, вызванные различием в коэффициентах линейного расширения кремния, 8Ю2 и пленки металла.
Но изучая описанные явления, авторы [58] не сформулировали математическую модель для прогноза изменения характеристик электронных приборов в результате протекания этих процессов.
Накопление ЭДС на поверхности полупроводниковой структуры исследовалось в [59]. Изучалась закономерность формирования величины