Учебное пособие 800568

4)запускаем установку плазменной обработки AP1000 и помещаем в нее изделие. Обработка производится по параметрам, указанным в таблице 1;

5)развариваем 20 проволочных перемычек УЗ сваркой проволокой диаметром 30 um;

6)фиксируем изделие с 20 соединениями на установке тестирования прочностных соединений DAGE 4000PXY.

Было протестировано 5 одинаковых образцов со смонтированным кристаллом в металлокерамический корпус с золотым покрытием 3 - 5 мкм. Образцы изделий разваривались сначала до плазменной обработки, а потом после нее. В таблице 2 указаны средние значения прочности соединения для одинаковых точек, всех тестовых образцов.

Таблица 2 Средние значения усилия на отрыв проволочной перемычки

10

Литература

1.Зенин В.В. Покрытия контактных площадок кристаллов и траверс корпусов для микросварки внутренних выводов 3D изделий [Текст] / В.В. Зенин, А.А. Стоянов, С.В. Петров, Б.А. Спиридонов // Микроэлектроника. – 2013. – Т. 42. - № 5. - С. 361 - 374.

2.Зенин В.В. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники [Текст] / В.В. Зенин, Д.И. Бокарев, Ю.Е. Сегал // Известия вузов. Сер. Электроника. - 1999. -

№5. - С. 67 - 74.

Воронежский государственный технический университет

12

УДК 621.372

Ю.О. Пономарева, Т.Г. Меньшикова

РАЗРАБОТКА МЕМРИСТОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВНА ОСНОВЕ НАНОГРАНУЛИРОВАННЫХ ПЛЕНОК

Работа предполагает поиск технологий получения образцов мемристивных функциональных структур (Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-

x+О2max/(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-x+О2min, iNbO3/(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-

x+О2min и SiO2/(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-x+О2min для определения эффекта в перпендикулярной геометрии. Измерения вольт–амперной характеристи-

ки показало, что во всех исследуемых структурах в диапазоне концентраций металлической фазы композита 6 - 12 ат. % имеются образцы, показывающие хорошие свойства мемристивных элементов. По временным зависимостям сопротивления после переключения были получены состояния сопротивления, наиболее стабильные в пленках

(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-xmax/(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-x+О2min в диапозоне

x от 16,6 до 33,1 ат. % и образцах LiNbO3/(Co40Fe40B20)x(LiNbO3)100-x+О2min

в диапозоне х от 21,9 до 30,5 ат. %.

В настоящее время память с резистивным переключением считается одной из самых перспективных энергонезависимых памятей. Оперативная память резистора является энергонезависимой памятью благодаря своей простой структуре в отличие от традиционных флэш-устройств. В сравнении такая память имеет несколько уникальных преимуществ: более высокая скорости записи, меньший размер битов и более низкие рабочие напряжения. Но, как и все технологические решения, запоминающие устройства имеют ряд недостатков. Чтобы решить эти недостатки, проводятся исследования и разработки новых материалов памяти. Одним из направлений исследования и разработки является мемристор.

Большое значение в рассмотрение гранул нанокомпозитных материалов представляет петля гистерезиса, которая охарактеризовывает мемристорную структуру и вызывает большое интерес.

Полученные в работе гранулированные нанокомпозицион-

ные материалы (Co40Fe40B20)X(NbLiO3)100-X с различным содержанием металлической фазы x были изготовлены на установке, сделан-

ной на кафедре ФТТ ВГТУ.

13

Для осаждения нанокомпозита (Co40Fe40B20)X(NbLiO3)100-X использовалось распыление составной мишени. В основе лежала

платина сплава Co40Fe40B20 размером 270 × 80 × 10 мм3 на поверхности которой неравномерно закреплялись платины LiNbO3 разме-

ром 80 × 10 × 2 мм3. Такое распределение мишени позволило в одном цикле напыления получить пленки композита (Co40Fe40B20)(NbLiO3)100-X с различной концентрацией фаз в зависимости от взаимного расположения подложки и мишени.

Для создания образцов проводилось три процесса напыле-

ния.

1. Создание проводящего слоя Cr-Cu-Cr.

Для этого проводится последовательное осаждение пленок металла (хрома и меди) с 2 мишеней на поверхность кремневых окисленных пластин размером 60 × 48 мм2. Толщина осаждаемой пленки меди составило 1 мкм и повторное осаждение хрома h ≈ 0,1 мкм.

2. Формирование функциональной пленки.

В качестве функциональной пленки использовались 3 тонкопленочных структуры. Пленка композита осажденная при повышенном и при пониженном давлении кислорода

((Co40Fe40B20)Х(LiNbO3)100-X + O2max/(Co40Fe40B20)Х(LiNbO3)100-X + O2min); пленка LiNbO3 и пленка композита (Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100- X осажденная при пониженном давлении кислорода

(LiNbO3/((Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X + O2min); пленка SiO2 и пленка композита (Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X осажденная при пониженном давлении кислорода (SiO2/((Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X + O2min).

Пленки наносились через маску, для равномерного распределения, и крепилась к подложкодержателю центрефуги.

Подложкодержатель помещался на карусель, вакуумная установка откачивалась до давления остаточного газа не хуже 5 × 10-6 Торр, проводился процесс ионной очистки поверхности подложек, спыливание поверхности составной мишени при повышенном давлении кислорода в течении 30 минут, нанесения тонкой пленки

композита (Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X + O2max (LiNbO3 или SiO2) и

последующее осаждение пленки (Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X + O2min толщиной 1,5 мкм. Контроль толщины слоя проводилась путем пе-

ребирания режимов напыления и количества прохождения подложек в позиции осаждения при скорости вращения центрифуги 1

14

оборот в течение 5 минут. При этом сформировались эффективные толщины покрытия несколько наномертов.

3. Создание верхнего проводящего слоя Cr-Cu-Cr.

Для этого проводится последовательное осаждение пленок различного металла (хрома и меди) с двух мишеней на поверхность композита, полученного в предыдущем напылении, через маску. Размер контактов 0,4 × 0,3 мм2. Маска прижималась к поверхности подложки через трафарет, используемый для напыления композита.

В результате изготавливались образцы, представленные на рисунке 1.

Рис. 1. Созданная после 3 процессов напыления структура

Для получения оптимальных свойств исследуемых нанокомпозитных структур были измерены вольт – амперная характеристики, стабильность переключений сопротивления и время сохранения состояний.

В качестве готового примера рассмотрим характеристику

образца LiNbO3/(Co40Fe40B20)9,5(LiNbO3)90,5+O2min приведенного на рисунке 2. Из приведенной зависимости видно, что при напряжении

порядка 4 В ток через структуру резко увеличивается, что соответствует уменьшению сопротивления у образца. Изменение напряжения от 2 до – 3 В не влияет на соотношения между током и напряжением, что говорит о постоянстве сопротивления пленки. В диапазоне напряжений -2 ÷ -5 В ток через пленку уменьшается, следовательно увеличивается сопротивление образца. Изменение сопротивления от - 6 до 4 В характеризуется малыми значениями токов через

пленку LiNbO3/(Co40Fe40B20)9,5(LiNbO3)90,5, значит большим сопротивлением структуры.

15

Рассмотренный пример позволяет учесть подбор критериев зависимости ВАХ которые соответствуют хорошим мемристорным свойствам образцов.

Рис. 2. ВАХ структуры

LiNbO3/(Co40Fe40B20)9,5(LiNbO3)90,5+O2min

Несколько необычный вид ВАХ обнаружен в пленках

SiO2/(Co40Fe40B20)X(LiNbO3)100-X+O2min (рис. 3). В этом случае зави-

симость можно описать слиянием двух мемристорных элементов с одинаковыми характеристиками и диодной зависимостью. Однако, не смотря на небольшие значения тока в обратной ветви характеристики переключение сопротивления в высокоомное состояние происходит. Такие зависимости могут быть чрезвычайно привлекательны при работе матрице мемристивных элементов. Так если в элементе структуры (рис. 4) один элемент R1 (красный) высокоомный, а 3 (голубых) R2, R3 и R4 низкоомные, то ток потечет по пути обозначенным синей стрелкой, то измеряемое состояние будет уже не R1, а R2+R3+R4 которое меньше чем R1. Наличие диодной характеристики будет препятствовать току через мемристор в обратном направлении к нормальному протеканию и данного эффекта не будет. Исходя из этого, данный вид зависимости тоже можно назвать как перспективный.

16

Рис. 3. ВАХ структуры SiO2/(Co40Fe40B20)8,8(LiNbO3)91,2+O2min

Рис. 4. Мемристорные ячейки 2×2

Литературы

1. Калинин Ю.Е. Мемристорные свойства тонкопленочных

нанокомпозитов CoX(TiO2)100-X, (Co41Fe39B20)X(TiO2)100-X/ Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, В.В. Рыльков, К.Г. Королев, Г.С. Рыжкова //

Вестник Воронежского государственного технического университе-

та. 2016. Т. 12. № 6. С. 4 - 10.

2. Рогельберг И.Л. Сплавы для термопар / И.Л. Рогельберг В.М. Бейлин // Справочник. – М.: Металлургия, 1983. – 360 с.

Воронежский государственный технический университет

17

УДК 533.924

И.В. Коняев, В.А. Буслов, И.И. Бородкин, Л.Н. Владимирова, О.Г. Викин

СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПЛЕНКИ LiF ПРИ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОМ ТРАВЛЕНИИ LiTaO3

В статье представлены результаты исследований структуры макропористой пленки фторида лития, образовавшейся в процессе плазмохимического травления (ПХТ) LiTaO3 во фторсодержащей плазме SF6. При анализе механизма была представлена обобщенная физико-химическая модель протекания процесса. Приведен обобщенный вид уравнения химической реакции. Охарактеризован начальный этап образования ядер твердой фазы. Представлены РЭМ изображения структуры пористой пленки с увеличением х5000 и х50000. Охарактеризован этап диффузионного торможения с точки зрения многостадийности и влияния технологических факторов на лимитирующую стадию для случая стационарного приближения при описании процесса, проанализирован вклад адсорбци- онно-десорбционных процессов.

Введение

В экспериментах по исследованию кинетики плазмохимического травления танталата лития в плазме SF6 было выявлено образование твердого продукта реакции. При анализе на дифрактометре ДРОН-04 было установлено, что основным твердым продуктом является LiF с ориентацией (200) и был сделан вывод о топохимическом механизме протекания процесса травления [1].

Большие сложности, возникающие при построении обобщенной физико-математической модели топохимического процесса, которая бы описывала его во всем диапазоне рабочих температур, мощностей и давлений и при различном составе газовой смеси, приводят к тому, что превалирующее значение имеет эмпирический подход [2].

Целью данной работы является выявление механизма образования фторида лития, а также анализ структуры поверхности фторида лития методом растровой электронной микроскопии.

18

Экспериментальные результаты и обсуждение

На начальном этапе в результате взаимодействия химически активных частиц плазмы с поверхностью LiTaO3, вероятно, образуются ядра твердой фазы продукта, появление которых, повидимому, связано прежде всего с дефектами поверхностного слоя обрабатываемой структуры. Контроль отдельных ядер твердой фазы до образования сплошного слоя труднореализуем ввиду того, что методика РЭМ не обладает необходимой точностью, а поскольку материал является диэлектриком, то происходит сильное накопление заряда на поверхности при анализе структуры.

Для описания первого этапа важное значение приобретает состояние поверхности. Поверхность твердых тел характеризуется наличием неравновесных дефектов. Мерой активности является избыток энергии Гиббса по отношению к фазе тождественного состава, находящейся в нормальном состоянии. Активность в конкретном процессе определяется не только величиной избыточной энергии ∆Gизб, но еще и локализацией избыточной энергии, то есть энергетическим вкладом различных видов структурных дефектов, включая свободную поверхность, статические искажения решетки, микронапряжения, дислокации, микроскопические дефекты, точечные дефекты и их ассоциаты и т. д. В реальных условиях все виды неравновесных дефектов присутствуют одновременно, влияют друг на друга и на реакционную способность.

При объяснении механизма возникновения и природы относительной стабильности активных фаз обычно используют теорию пересыщения Рогинского и принцип ориентации и размерного соответствия Данкова – Конобеевского. Твердая фаза, образующаяся в результате топохимического процесса, испытывает влияние предшествующей фазы. Хюттинг назвал это явление «памятью материи», оно связано с тем, что при образовании новой твердой фазы атомы или ионы стремятся кристаллографически закономерно располагаться по отношению к исходной решетке. Согласно Конобеевскому, форма и ориентация зародышей новых фаз кристаллизации в анизотропной среде должны соответствовать минимуму свободной энергии, а этот минимум обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях новой и старой фаз.

Такие реакции чувствительны ко всем нарушениям структуры, облегчающим образование зародышей, и могут быть активиро-

19