Миграция хрома по поверхности оксида кремния под действием сильного электрического поля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Продемонстрирована миграция хрома, играющего роль адгезионного материала для планарных электродов МЭМС-переключателя, по поверхности термически окисленной кремниевой пластины. Подача импульсов напряжения приводит к образованию наноструктур из хрома и углерода на управляющем электроде и их росту в направлении коммутируемого электрода. С течением времени структуры достигают микронного размера и перекрывают межэлектродный зазор. Миграцию активирует электрическое поле напряженностью порядка 108 В/м. Первые структуры формируются после подачи 102–105 импульсов, но по мере их роста процесс ускоряется. В случае электродов из платины миграция проходит быстрее и требует меньшего напряжения по сравнению с электродами из золота. Перенос материала происходит не только в зазоре между электродами, но также на поверхности SiO2 вокруг положительного электрода. Материал также перемещается под пленками Pt и Au, вызывая их отслоение от подложки. Описанные явления могут выводить из строя МЭМС-переключатели с электростатическим управлением и другие устройства, использующие сильные электрические поля.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Уваров

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: i.v.uvarov@bk.ru
Россия, Ярославль, 150067

Л. А. Мазалецкий

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: i.v.uvarov@bk.ru
Россия, Ярославль, 150067

Список литературы

  1. Rebeiz G.M. RF MEMS: Theory, Design, and Technology. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2003. 512 p.
  2. Cao T., Hu T., Zhao Y. // Micromachines. 2020. V. 11. Р. 694. doi: 10.3390/mi11070694
  3. Kurmendra, Kumar R. // Microsyst. Technol. 2021. V. 27. P. 2525. doi: 10.1007/s00542-020-05025-y
  4. Rebeiz G.M., Patel C.D., Han S.K., Ko C.-H., Ho K.M.J. // IEEE Microw. Mag. 2013. V. 14. P. 57. doi: 10.1109/MMM.2012.2226540
  5. Patel C.D., Rebeiz G.M. // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2011. V. 59. P. 1230. doi: 10.1109/TMTT.2010.2097693
  6. Klein N., Gafni H. // IEEE Trans. Electron Dev. 1966. V. ED-13. P. 281. doi: 10.1109/T-ED.1966.15681
  7. Sze S.M. // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 2951. doi: 10.1063/1.1710030
  8. He M., Lu T.-M. Metal-Dielectric Interfaces in Gigascale Electronics. New York, NY: Springer Science+Business Media, LLC, 2012. 149 p.
  9. Uvarov I.V., Kupriyanov A.N. // Russ. Microelectron. 2018. V. 47. P. 307. doi: 10.1134/S1063739718050086
  10. Uvarov I.V. // Microelectron. Reliab. 2021. V. 125. Р. 114372. doi: 10.1016/j.microrel.2021.114372
  11. Lide D.R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press/Taylor and Francis, 2009. 2760 p.
  12. Groudeva-Zotova S., Vitchev R.G., Blanpain B. // Surf. Interface Anal. 2000. V. 30. P. 544. doi: 10.1002/1096-9918(200008)30:1<544::AID-SIA814>3.0.CO;2-7
  13. Marechal N., Quesnel E., Pauleau Y. // J. Mater. Res. 1994. V. 9. P. 1820. doi: 10.1557/JMR.1994.1820
  14. McBrayer J.D., Swanson R.M., Sigmon T.W. // J. Electrochem. Soc. 1986. V. 133. P. 1242. doi: 10.1149/1.2108827
  15. Valov I., Waser R., Jameson J.R., Kozicki M.N. // Nanotechnology. 2011. V. 22. Р. 254003. doi: 10.1088/0957-4484/22/25/254003
  16. Tappertzhofen S., Mundelein H., Valov I., Waser R. // Nanoscale. 2012. V. 4. P. 3040. doi: 10.1039/C2NR30413A
  17. Tappertzhofen S., Menzel S., Valov I., Waser R. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 99. Р. 203103. doi: 10.1063/1.3662013
  18. Thermadam S.P., Bhagat S.K., Alford T.L., Sakaguchi Y., Kozicki M.N., Mitkova M. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 3293. doi: 10.1016/j.tsf.2009.09.021
  19. Yao J., Zhong L., Zhang Z., He T., Jin Z., Wheeler P.J., Natelson D., Tour J.M. // Small. 2009. V. 5. P. 2910. doi: 10.1002/smll.200901100
  20. Uvarov I.V., Kupriyanov A.N. // Microsyst. Technol. 2019. V. 25. P. 3243. doi: 10.1007/s00542-018-4188-4
  21. Jiang N., Silcox J. // J. Appl. Phys. 2000. V. 87. P. 3768. doi: 10.1063/1.372412
  22. Zhang X., Adelegan O.J., Yamaner F.Y., Oralkan O. // J. Microelectromech. Syst. 2018. V. 27. P. 190. doi: 10.1109/JMEMS.2017.2781255
  23. Shekhar S., Vinoy K.J., Ananthasuresh G.K. // J. Micromech. Microeng. 2018. V. 28. Р. 075012. doi: 10.1088/1361-6439/aaba3e
  24. Liu Y., Bey Y., Liu X. // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2016. V. 64. P. 3151. doi: 10.1109/TMTT.2016.2598170
  25. Song Y.-H., Kim M.-W., Lee J.O., Ko S.D., Yoon J.B. // J. Microelectromech. Syst. 2013. V. 22. P. 846. doi: 10.1109/JMEMS.2013.2248125
  26. Song Y.-H., Han C.-H., Kim M.-W., Lee J.O., Yoon J.-B. // J. Microelectromech. Syst. 2012. V. 21. P. 1209. doi: 10.1109/JMEMS.2012.2198046

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение электродов переключателя.

Скачать (96KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РЭМ-изображения электродов из платины (а) и золота (б), полученные под углом 20° к плоскости подложки.

Скачать (712KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Структуры в зазоре между платиновыми электродами, сформировавшиеся в результате подачи 104 импульсов, вид сверху. Белыми точками обозначены области энергодисперсионного анализа.

Скачать (381KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Крупные структуры, сформировавшиеся между платиновыми электродами в результате подачи 2 × 104 импульсов. РЭМ-изображение получено под углом 20° к плоскости подложки.

Скачать (346KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Общий вид соединительной линии управляющего электрода после подачи 104 импульсов (a). Увеличенное РЭМ-изображение участка поверхности, выделенного прямоугольником (б). Точками обозначены области энергодисперсионного анализа.

Скачать (823KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость управляющего напряжения и тока, протекающего через платиновые электроды, от времени.

Скачать (100KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2024