Teadlased arendasid välja uue tehnika fotogalvaanilistes seadmetes, mikroelektroonikas ning mikroelektromehaanikas (MEMS) kasutatavate õhukeste kilede vastastikuse nakkejõu mõõtmiseks.
Kile-vaseribade külge kinnitatud neodüün-püsimagnet ränioksiid substraadil.
MAPT (magnetically actuated peel test) nime kandev kontaktivaba tehnoloogia võib tulevikus aidata tagada elektroonikaseadmete planeeritud tööea kvaliteedikontrolli, ja aidata inseneridel paremini mõista termomehaaniliste pingete tekkimist elektriseadmetes.
Kaasaegsed mikroelektroonilised kiibid on valdavalt kihilise struktuuriga, mille moodustavad vaheliti paigutatud isolaatori- ja juhikihid. Kiipide töö käigus on soojuse vabanemine paratamatu. Eri materjalidel on erinevad soojuspaisumistegurid, mistõttu tekivad kiipide struktuuris aja jooksul sisepinged, mis päädivad sageli kihtide delamineerumise- ning eraldumisega. See on aga üks põhilisi mikroelektroonikaseadmete riknemise põhjuseid.
“Delaminatsiooniohuga komponente esineb mitmetes olulistes tarbijaaplikatsioonides, näiteks automootorite juhtplokkides, lennukite pardaarvutites ja meditsiiniaparatuuris. Need seadmed peavad omama kõrget töökindluse garantiid oodatud eluea suhtes. Seetõttu on isolaatori- ja juhikihtide füüsikaliste omaduste keskkonnateguritest sõltuvuse määramine oluline,” ütles Ameerika Georiga osariigi Tehnikainstituudi professor, töö üks autoritest Suresh Sitaraman.
Sitaraman ja doktorant Gregory Ostrowicki kasutasid meetodit ränioksiid-substraadi ning sellele aurufaas-sadestatud vasekile vahelise nakkejõu uurimiseks. Katsekiled valmistati standardsete mikroelektroonika valmistamisprotsesside abil instituudis olevas puhastoas (cleanroom). Tootmisreeglite järgimine tagab Sitaramani sõnul katsetulemuste valiidsuse ning rakendatavuse ka pärisseadmete puhul.
Iga katseeksemplari keskele, kolme räniplaadi pinnale kasvatatud õhukese vasekile riba ühenduspunkti külge, paigaldati väike nikkelkattega neodüün-püsimagnet (NdFeB). Seejärel paigutati toorik katsejaama, mis koosnes seadme all paiknevast elektromagnetist ning optilisest väravast selle kohal. Katse käigus suurendati pidevalt elektromagneti toitepinget, tekitades magnetite vahel tõukejõu. Teatud kriitilise pinge ületamisel toimus vaseribade delaminatsioon ränisubstraadi pinnalt.
Katseplaat teadlase sõrmede vahel.
Optilise värava ning magnetvälja tugevuse andmete summas said teadlased kaudselt arvutada delamineerimisjõu.
Meetodiga on võimalik ühel ja samal ränisubstraadil sooritada mitmeid paralleelseid mõõtmisi, mis võimaldab toota suurema koguse ajaliselt korrelleeritud informatsiooni.
Seadmete hävinemine toimub aga enamasti tsükliliste pingete tulemusena. Edaspidi on Sitamaranil ning Ostrowickil plaan katseid korrata perioodilise pingeregulatsiooniga elektromagneti abil. “Paljudel juhtudel ei delamineeru seadme kihid esimese korraga,” ütles Sitaraman. “Tuhandete tsüklite läbilõikes saame substraadi füüsikalistest omadustest parema ülevaate ja orienteeruva kriitilise tsüklite arvu,” lisas ta.
Katseseade on piisavalt väike mahtumaks kliimakambrisse, mis võimaldab teadlastel omakorda uurida kõrgete temperatuuride ning niiskuse mõju kilede nakkejõule, mis on oluline, arvestades, et näiteks automootorite juhtmoodulite või lennukite pardaarvutite füüsikaline töökeskkond ei ole kuigi stabiilne.
Seni on Sitaraman ja Ostrowicki uurinud õhukeste, ühe mikroni või õhemate, kilede omadusi, ent nende sõnul töötab katseseade ka õhemate topoloogiate korral.
“Elektroonikaseadmed muutuvad väiksemaks koos paralleelse püüdlusega luua üha efektiivsemaid ja võimsamaid süsteeme. Jätkates transistoride suuruse vähendamist muutuvad kasutatavad kiled järjest õhemaks. Meie põhiliseks väljakutseks ongi kile liitekohtade nakketugevuse peenanalüüs, mis avab tõenäoliselt materjalitehnoloogias uusi võimalusi,“ lõpetab Sitaraman.
Allikas: Phys.org