Неустойчивость границы соединенных проводящих материалов под действием электрического тока

Р.В. Гольдштейн1, Т.М. Махвиладзе2, М.Е. Сарычев3*
1Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН; заведующий лабораторией
2Физико-технологический институт РАН; заведующий лабораторией
3Физико-технологический институт РАН; главный научный сотрудник
Аннотация
Развита модель, описывающая влияние электромиграции вакансий, протекающей в объеме проводящих соединенных материалов под действием электрического тока, на устойчивость формы плоской границы (интерфейса) между ними. Сформулирована и решена система уравнений, описывающая взаимосвязь изменений профиля интерфейса и механических напряжений, которые возникают за счет потоков ионов и вакансий, инициированных малым пространственно-периодическим возмущением интерфейса. Найдены критерии нарастания амплитуды возмущений со временем, т.е. условия неустойчивости исходной плоской формы границы между материалами в результате массопереноса под действия тока. Для случая одинаковых материалов аналитически выделены области значений длин волн возмущения и плотностей тока, в которых именно объемная электромиграция вакансий приводит к росту со временем амплитуды возмущения, т.е. изначально плоский интерфейс становится неустойчивым. Для таких областей по длинам волн получены условия их возникновения и зависимости граничных значений от величины и направления электрического тока. Даны оценки одного из возможных диапазонов длин волн возмущения, при которых возникает неустойчивость интерфейса. В случае разных материалов аналитический анализ значительно более громоздок. Однако полученные результаты, дают определенные основания утверждать, что и при этом возможны условия, в которых объемная электромиграция будет еше значительно влиять на кинетику развития возмущений профиля интерфейса. Результаты работы могут представить интерес, в частности, для совершенствования технологических процессов производства микро- и наноэлектронных структур и устройств, а также для обеспечения их оптимального и более надежного функционирования.
Получена: 19 октября 2015   Исправлена: 25 декабря 2015   Принята: 08 февраля 2016
Просмотры: 88   Загрузки: 22
Ссылки
1.
L. Klinger, L. Levin, O. Srolovitz. J. Appl, Phys, 79. 6834-6839 (1996).
2.
R.V. Goldstein, T.M. Makhviladze, M.E. Sarychev. Letters on materials. 42(3). 171 (2014) (in Russian) [Р.В. Гольдштейн, Т.М. Махвиладзе, М.Е. Сарычев. Письма о материалах. 42(3). 171 (2014)].
3.
R.V. Goldstein, T.M. Makhviladze, M.E. Sarychev Surface. 1. 1 (2015) [Р.В. Гольдштейн, Т.М. Махвиладзе, М.Е. Сарычев. Поверхность. N 1. 1 (2015)].
4.
K.A. Valiev, R.V. Goldstein. Yu.V. Zhitnikov et al. Microelektronika. 38. 364 (2009) (in Russian) [К.А. Валиев, Р.В. Гольдштейн, Ю.В. Житников и др. Микроэлектроника. 38. 364 (2009)].
5.
B.S. Bokstein, Ch.V. Kopetskii, P.S. Shvindlerman. Thermodynamics and kinetics of grain boundaries in metals. Moscow. Mtallurgy (1986). 222 p. (in Russian).
6.
R.V. Goldstein, T.M. Makhviladze, M.E. Sarychev. Surface. N 8. 5 (2011) [Р.В. Гольдштейн, Т.М. Махвиладзе, М.Е. Сарычев. Поверхность. N 8. 5 (2011)].
7.
Yu.M. Petrov. Clusters and small particles. Moscow. Nauka (1986). 367 p. (in Russian) [Ю.М. Петров. Кластеры и малые частицы. Москва. Наука. 1986. 367 с.].
8.
R.V. Goldstein, T.M. Makhviladze, M.E. Sarychev. Preprint IPM RAS. № 1106 (2015). 11 р. (in Russian)
9.
Handbook of Physical Quantities, ed. by Grigoriev I.S. and Meilikhov E.Z., Moscow. Energoatomizdat (1991) (in Russian).
10.
K.N. Tu. J. Appl. Phys. 94. 5452-5473 (2003).
11.
V.M. Chebatin. Physical chemistry of solids. Moscow. Khimia. (1982). 320 p. (in Russian) [В.М. Чебатин. Физическая химия твердых тел. Москва. Химия. 1982. 320 с.].
Цитирования
1.
Захаров П.В., Старостенков М.Д., Ерёмин А.М., Корзникова Е.А., Дмитриев С.В., Физика твердого тела 59(2), 217-222 (2017).