半导体硅器件接触时粘着产生起因的原子尺度分析

摘要：

目的 实现对半导体硅器件接触变形与相变转化的微观认识和理解其粘着产生起因.方法 基于分子动力学法的Morse和Tersoff混合势函数,对单晶硅受加载和卸载时的接触特性与粘着起因展开分析,并用剪切应变和配位数分别描述硅器件接触变形与相变行为.结果 加载期时,硅基与探针紧密接触区应变程度由内到外逐渐衰减;卸载期时,应变由外到内逐渐增强,且卸载时接触边缘两侧硅原子会形成桥搭,表明硅基与探针接触时存有粘着,该粘着是诱导硅基原子粘附于探针表面的主因.粘着产生是由于硅基受载时,硅发生相变转化的键能被破坏引起.加载期积累的部分应变能在卸载时得以释放,以致硅基与探针紧密接触区的部分破坏原子粘附于探针外围轮廓,而产生明显粘着增强.另外,加载和卸载时的硅基相变主要以Bct5-Si为主,且单晶硅粘着接触变形与相变行为受温度依赖性显著.温度越高,硅基表面容易有随机粗糙波纹出现,卸载时更容易受温度影响而产生粘着增强效应,这是诱导半导体微/纳器件失效的根本原因.结论 半导体硅器件的动态接触变形与相变转化受温度依赖性显著,温度升高引起的材料软化变形是造成粘附增强的主要原因.此次研究对高温重载工况的半导体器件接触行为和粘着起因的理解有更深层次认识.

关键词：温度响应;单晶硅;粘着;原子模拟;相变转化

所属期刊栏目：50

分类号：TH117

资助基金：海南省自然科学基金高层次人才项目;福建省自然科学基金

在线出版日期：2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：269-277