まとめ
シリコンマイクロデバイスの時間依存のクラック成長が測定されました. シリカ層の静的疲労は,クラックの成長を遅らせ,シリコンデバイスの信頼性とマイクロメカニカルデバイスのアプリケーションに影響を及ぼします.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- 機械工学の機械工学
- 固体力学 固体力学とは
背景:
- 時間に依存するクラークの成長は,材料やデバイスの長期的な信頼性の重要な要因です.
- シリコンの亀裂伝播機構を理解することは,マイクロ電気機械システム (MEMS) と半導体信頼性にとって不可欠です.
- 以前の研究では,ナノスケールシリコン構造のデータが少なく,マクロスケール材料に焦点を当てていました.
研究 の 目的:
- 単結晶シリコンのカンチレバービームの時間依存的な裂け目増殖を共鳴で測定するために.
- 裂け目の成長とビームの共鳴周波数の変化を相関させるため.
- 潜在的な故障メカニズムと,シリコンデバイスの信頼性への影響を調査する.
主な方法:
- プリクラックされた単一結晶シリコンカンチレバービーム (長さ75マイクロメートル) は,その共振周波数で興奮した.
- 亀裂の長さは,ビームの共鳴周波数の変化を観察することによって監視されました.
- クラックの成長率は,非常に遅いクラックの拡散を検出できる高感度装置を使用して測定されました.
主要な成果:
- 安定状態のクラックの成長率は2.9×10−13 m/sまで低かった.
- 実験装置は10〜15m/sまでのクラックの成長率を検出できます.
- 共振周波数の変化は,測定された亀裂長と直接相関しており,測定技術を検証しています.
結論:
- 固有の表面シリカ層の静的疲労は,シリコンの亀裂成長の主なメカニズムとして仮定されています.
- これらの発見は,シリコンデバイスの速度依存の故障と,線形弾性破裂力学がマイクロスケールデバイスに適用できることを示しています.
- 薄膜シリコン構造とMEMSの信頼性評価では,緩やかなクラック成長が考慮されなければならない.
