无铅互连凸点电迁移失效的四探针测量

针对无铅互连电迁移失效这一高密度封装时面临的重要课题进行了研究.采用四探针法分别监测了电流密度为1.5×104 A/cm2和2.2×104 A/cm2时Sn3.5Ag0.5Cu互连凸点上电压的变化,发现电流密度为2.2×104 A/cm2时凸点的平均电阻变化率超过电迁移失效的临界值10 %,分析了其微观结构的扫描电镜照片,所提出的发生电迁移失效的电流密度值为凸点设计提供十分有用的数据.对无铅互连凸点的电迁移失效过程和四探针测量法的测量误差进行了分析,提出了采用四凸点结构提高测量精度的改进措施.     

电应力对Al/SnAgCu/Cu互连结构剪切强度及断裂模式的影响

连结构的剪切失效位置和失效模式,分析了两种不同应力条件下互连结构失效形貌间的差异,研究并确定了高电流应力导致的电迁移对Al/SnAgCu/Cu互连结构剪切强度及断裂模式的影响.结果表明:高温老化实验后,倒装凸点互连结构中出现Al金属/焊料界面的脆性开裂和凸点焊料的延展性断裂两种剪切断裂模式;高温高电流应力条件下老化后,...     

SOI RESURF器件高压互连线效应的二维解析模型

高压互连线效应是影响集成功率器件性能的重要因素之一.首先提出一个高压互连线效应对SOI横向高压器件的漂移区电势和电场分布影响的二维解析模型,进而得到漂移区在不完全耗尽和完全耗尽情况下的器件击穿电压解析表达式,而后利用所建立的模型,研究器件结构参数对击穿特性的影响规律,定量揭示在高压互连线作用下器件击穿多生在阳极PN结的物理本质,指出通过优化场氧厚度可以弱化高压互连线对器件击穿的负面影响,并给出用于指导设计的理论公式.模型的正确性通过半导体二维器件仿真软件MEDICI进行了验证.     

脉冲电子束照射下材料表面熔化深度的数值解析

根据温度场热传导基本方程,建立用于脉冲电子束加工的有限元模型,提出一种脉冲电子束对材料表面熔化深度进行数值解析的方法.采用均匀体热源的热加载方式,对电子束熔化材料表面后的温度场进行数值解析,分析不同加速电压、电子束能量密度以及能量均匀性对材料熔化深度的影响,归纳了能量均匀度0.9～1.0、能量密度2～17 J/ cm2、加速电压25～50 kV情况下材料表面熔化深度曲线,得到了表面熔化层深的变化规律,为电子束对模具表面精密光整加工提供了理论依据.     

0.1 μmULSI工艺中多层金属布线的热分析

研究了多层金属互连网络的热学模型,详细计算了不同的介质材料、金属线间距、金属层间距和电流密度对多层金属互连线温度分布的影响.结果表明,考虑这些因素之后,多层金属互连线的温度更加贴近于实际的温度分布,研究结果还为集成电路设计师设计出高性能、高可靠性的芯片提供了理论基础.     

绝缘栅双极型晶体管失效机理与寿命预测模型分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要失效机理,特别是键合引线失效过程,采用高速红外热成像仪对键合引线失效过程的结温温度场分布实时探测试验,同时对IGBT模块电气与传热特性进行监控,发现IGBT在高结温与高温度梯度时主要的失效形式是键合引线翘曲与熔化,在外部特性上表现为集射极压降值增大,而热阻基本不变.提出了提高器件可靠性、延长使用寿命的方法.在加速寿命试验原理的基础上,通过开展高温下的功率循环测试,并对试验数据进行拟合,得到了加入电流等级和最高工作结温的改进寿命预测模型.通过试验数据误差分析对比,发现该模型精度较原有模型在不同测试条件下均有提高,适用范围从80 K拓宽到100K.     

铜微互连线原子迁移仿真研究

研究具有弯折结构的铜微互连线在不同条件下的原子迁移现象,基于原子通量散度理论构建了结构-热-电耦合的多物理场有限元模型,静态分析了铜微互连线结构的电流、温度及应力分布情况,动态模拟了原子迁移全过程.分析了原子迁移过程中电迁移、热迁移及应力迁移各自的作用,揭示了电流密度、环境温度、退火温度和缺陷对原子迁移行为及寿命的影响规律.分析仿真结果发现:电迁移和应力迁移在原子迁移过程中促进了孔洞的生长且占主导作用,热迁移起到了一定抑制作用但所占比例不大.     

基于丢失手缺陷的IC互连线失效评估新模型

在分析现有的集成路互连线失效评估模型的基础上,提出了一种考虑丢失物缺陷影响的IC互连接线电迁移损失新模型.在IC电路设计中,这种新模型可用于估计与丢失物缺陷及其它因素有关的IC互连线电迁移损失.     

基于丢失手缺陷的IC互连线失效评估新模型

在分析现有的集成路互连线失效评估模型的基础上,提出了一种考虑丢失物缺陷影响的IC互连接线电迁移损失新模型.在IC电路设计中,这种新模型可用于估计与丢失物缺陷及其它因素有关的IC互连线电迁移损失.     

T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟

基于新开发的电渣重熔空心钢锭技术,建立了渣池和空心钢锭的三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS模拟并得到了非导电和导电结晶器工况下,电渣重熔空心钢锭过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明:导电结晶器工况下,渣池的电流密度和焦耳热最大值均出现在T型结晶器的导电段部分,导电结晶器附近的熔池流动速度较快,渣池的温度场更为均匀,金属熔池形状更为浅平.导电结晶器在交换电极时持续保持渣池和金属熔池温度,能够避免渣池温度迅速下降而导致靠近结晶器壁的钢水迅速凝固而出现渣沟,可大大提高钢锭的凝固质量和表面质量.     

Bias polarity-sensitive electrical failure characteristics of ZnSe nanowire in metal–semiconductor–metal nanostructure

The effect of bias polarity on the electrical breakdown behavior of the single ZnSe nanowire(NW) in the metal–semiconductor–metal(M–S–M)nanostructure under high current density and high bias conditions has been studied in the present paper. The experimental results show that the failure of the ZnSe NW in M–S–M nanostructure was sensitive to bias polarity since the NW commonly collapsed at the negatively biased Au metal electrode due to high Joule heat produced in NW at the reversely biased Schottky barrier. Thus, the electrical breakdown behavior of the ZnSe NW was highly dominated by the cathode-controlled mode due to the high resistance of the depletion region of ZnSe NW at the reversely biased Schottky contact.     

Molecular dynamics simulation study on behaviors of liquid 1,2-dichloroethane under external electric fields

Molecular dynamics simulation was carried out to study the behavior of liquid 1,2-dichloroethane molecules under external electric fields including direct current field, alternating current field and positive-half-period cosin field. The maximum applied field strength was 10(8) V/m, the maximum frequency of the alternating current field and that of the positive-half-period cosine field was 10(12) Hz. The simulation revealed that the field type and field strength act on the population of the molecular configuration. In the strong direct current field, all trans forms converted completely into gauche forms. Order parameter and the correlation of the system torsion angle were also investigated. The results suggested that these two dynamical parameters depended also on the field type and the field strength. The maximum of order parameter was found to be at 0.6 in the strong direct current field.     

脉冲方波作用下印制电路板互连系统的击穿特性

通过脉冲直接注入法,研究了印制电路板(PCB)互连系统在脉冲方波作用下的击穿损伤特性,并根据试验结果对脉冲方波作用下的PCB互连系统进行了绝缘性能评价.性能评价中利用了试样的击穿行为符合威布尔分布模型的特点,通过统计分析方法,得到试样在不同电极间距以及注入脉冲宽度时的累积失效概率曲线.研究结果表明,当在PCB平行互连线间注入方波脉冲时,其线间击穿场强随线间距离的增大而减小,且变化趋势存在两个明显的阶段,同时击穿场强也随注入脉冲宽度的增大而减小.比较击穿前后的微观形貌特征和击穿场强的变化趋势发现,具有特定结构特征的PCB平行互连线间的击穿行为属于“固-气”复合介质的击穿,且绝缘强度不可恢复.另外,通过威布尔统计方法,对击穿数据进行分析处理,可以得到该类器件在不同状况下的累积失效率曲线,从而为该类器件在方波脉冲下的绝缘性能评价研究提供重要参考.     

有机发光二极管中不同金属电极引起的奇特磁效应

采用三类金属阴极材料Ca,Al和Cu（Au）通过分子束沉积和电子束加热方式制备了有机发光二极管ITO/CuPc/NPB/Alq3/金属阴极,并在300,200,150,100,50和15K6个温度下,分别测量了不同电极器件的发光随外加磁场的变化（即Magneto-ElectroLuminescence,MEL）.在室温300K下,发现Ca,Al和Cu（Au）电极器件的MEL在低场（0B50mT）均表现为快速上升;但随磁场（B〉50mT）的进一步增大,Ca和Al电极器件的MEL缓慢变大并逐渐趋于饱和,且与阴极的制膜方式无关;而采用电子束加热方式制备的Cu（Au）电极器件,其MEL却表现出高场缓慢下降;且温度越低,该类Cu电极器件MEL的高场下降更为显著.实验研究表明,Ca和Al电极器件的MEL主要是由超精细耦合作用随外加磁场变化引起的.但电子束加热方式制备的Cu（Au）电极器件的MEL除了超精细耦合作用引起的低场快速上升外,其高场下降的可能机制则是：Cu（Au）电极器件中电子-空穴对的俘获区（e-hCapture Zone）靠近阴极界面,相比较于热蒸发的方式,电子束蒸发的方式更容易使重金属Cu（Au）原子得到更高的能量,使其渗透进相邻的有机层Alq3中,Cu（Au）原子的强自旋轨道耦合作用导致电子-空穴对发生自旋翻转,此为MEL出现高场下降的原因.     

ESD对微波半导体器件损伤的物理机理分析

为了得到电磁脉冲对微波半导体器件的损伤规律,进而研究器件的静电放电损伤机理,首先对半导体器件静电放电的失效模式即明显失效和潜在性失效进行了介绍;其次分析了器件ESD损伤模型;最后通过对器件烧毁的物理机理进行分析,得到器件在静电放电应力下内在损伤原因。在ESD电磁脉冲作用下,器件会产生击穿效应,使内部电流密度、电场强度增大,导致温度升高,最终造成微波半导体器件的烧毁。     

电磁场对5052铝合金铸轧板材组织性能的影响

在传统铸轧过程中施加静磁场和交变振荡电磁场,生产5052铝合金板材,并主要通过显微观察,研究了铸轧工艺对板材的显微组织的影响.结果表明:在浇铸温度为690℃下,同传统工艺板材相比,施加静磁场(025T)生产的5052铝合金板材枝晶生长受到抑制,显微组织得到细化并分布均匀化,但晶粒大小不均匀;采用025T磁场和450A的交变电流生产时,产生电磁振荡效应,中心组织为均匀的等轴晶.交变振荡电磁场铸轧使整个板材等轴化效果最好.屈服强度和抗拉强度分别为122和235MPa,板材性能最优.     

Ohmic contact properties of p-type surface conductive layer on H-terminated diamond films prepared by DC arc jet CVD

With the advantages of high deposition rate and large deposition area, polycrystalline diamond films prepared by direct current (DC) arc jet chemical vapor deposition (CVD) are considered to be one of the most promising materials for high-frequency and high-power electronic devices. In this paper, high-quality self-standing polycrystalline diamond films with the diameter of 100 mm were prepared by DC arc jet CVD, and then, the p-type surface conductive layer with the sheet carrier density of 1011-1013 cm?2 on the H-terminated diamond film was obtained by micro-wave hydrogen plasma treatment for 40 min. Ti/Au and Au films were deposited on the H-terminated diamond surface as the ohmic contact electrode, respectively, afterwards, they were treated by rapid vacuum annealing at different temperatures. The properties of these two types of ohmic contacts were investigated by measuring the specific contact resistance using the transmission line method (TLM). Due to the formation of Ti-related carbide at high temperature, the specific contact resistance of Ti/Au contact gradually decreases to 9.95 × 10?5 Ω·cm2 as the temperature increases to 820℃. However, when the annealing temperature reaches 850℃, the ohmic contact for Ti/Au is degraded significantly due to the strong diffusion and reaction between Ti and Au. As for the as-deposited Au contact, it shows an ohmic contact. After annealing treatment at 550℃, low specific contact resistance was detected for Au contact, which is derived from the enhancement of interdiffusion between Au and diamond films.     

环网柜熔断器垂直和水平布置下温度分布特性

环网柜内的熔断器因长时间工作在大电流环境下,其散热能力对于维持自身正常工作性能至关重要。实际运行经验表明,环网柜内熔断器垂直和水平布置时其故障率存在差异。为此研究了在自然对流条件下,环网柜内熔断器垂直和水平布置时的散热过程及差异。首先基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了自然对流条件下的环网柜内熔断器流场和温度场直接耦合的三维仿真模型,对两种布置方式下熔断器的流场和温度场进行了仿真计算;并利用温度分布试验平台测量熔断器关键部位的温度,与仿真结果进行对比与验证。研究结果表明,在正常工作电流下,熔断器垂直布置时最高和最低温度较水平布置分别高13.38%和13.30%;垂直布置熔断器的温度分布呈明显的两端不对称性;水平布置熔断器的温度分布呈两端对称性。研究结果能够为熔断器热故障分析及环网柜熔断器的优化布置提供一定参考。     

热冲击下火炮身管材料径向温度演变分析

交变高温冲击条件下身管材料的径向温度变化过程直接影响到武器系统的性能发挥.以片状身管材料为研究对象,选取合适变量,采用高温热源循环加热的实验方法,通过热成像设备观测火炮身管材料径向温度的演变过程,辅以有限元温度场仿真对比验证实验结果,从而得出不同射速和不同环境温度及风速影响下身管温度场的分布规律,为分析和预测火炮身管寿...