РОЛЬ УПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ТЕРМОМИГРАЦИИ ЖИДКИХ ЗОН НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ В КРЕМНИИ

Аннотация

Метод термомиграции жидких зон на основе алюминия позволяет создавать в монокристаллических пластинах кремния сложные структуры замкнутых каналов с границами, сформированными из p-n переходов. Каналы характеризуются однородностью свойств, p-n переходы – своей резкостью. Такие структуры используются в сильноточной электронике, фотовольтаике, микроэлектромеханических преобразователях. Объемная деформация внутри и вне канала вследствие легирования кремния алюминием приводит образованию механических напряжений. Равновесная форма образующихся при высоких температурах каналов определяется минимумом упругой энергии и зависит от материальных параметров и геометрии структуры. В рамках линейной теории упругости исследовано поведение упругой энергии при формировании структуры термомиграционых каналов, легированных алюминием в монокристаллическом диске (001) среза, при высокой температуре. Моделирование выполнено методом конечных элементов в математическом пакете COMSOL Multiphysics. Исследование проведено для практически важных структур, в которых направление ребер ориентировано вдоль диагонали квадрата. Только такие структуры в процессе термомиграции не имеют разрывов. По результатам расчетов выявлено, что минимуму упругой энергии соответствуют структуры с различной кристаллической ориентацией внутри канала и вне его – в основной матрице кремния. Направление кристаллических осей внутри канала, отвечающее минимуму упругой энергии, повернуто на 45° в плоскости диска относительно направления осей основной матрицы кристалла кремния. Кроме того, расчеты показали, что при таком развороте форма каналов изменяется. Минимуму упругой энергии соответствуют не вертикальные, а наклонные структуры. Угол наклона пирамид зависит от ширины каналов и расстояния между ними.