Физические исследования полярнозависимого электромассопереноса в кремнии (ПЭМП)

 

Б. А. Панфилов

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН,

141190, Московская обл., г. Фрязино, пл. Академика Введенского, 1

 

Статья поступила в редакцию 28 ноября 2018 г.

 

Аннотация. Под действием приложенного к электродам тестовой структуры импульса обра­зуется область теплового шнура (ОТШ), которая расположена в объёме кремния, имеет форму цилиндра, соединяющего   электроды структуры. При  дальнейшем увеличении таких пара­метров, как напряженность электрическ­ого поля, плотность электрического тока и температуры  начина­ется образование “снопа” - процесс полярнозависимого электромассопереноса атомов металла электрода в ОТШ. В результате этого выполняется “формовка” -  превращение ОТШ в ка­пилляр цилиндрической формы, соединяющий электрод­ы структуры и запол­ненный жидким металлоподобным сплавом (ЖМС) металл - электрода – крем­ний. В результате прохождения импульса тока в противоположном направлении через капилляр, заполненный остывшим ЖМС, происходит процесс “выключения” -  полное или частичное выдавлива­ние ЖМС из капилляра. В результате прохождения импульса тока через пустой капилляр в направлении тока формовки происходит повторное заполнение ка­пилляра ЖМС, или процесс ”включения”. Включение и выключение может вы­полняться порядка 10⁴ раз с сохранением любого состояния энергонеза­висимо сколь угодно долго. Пропусканием нарастающего импульса тока через запол­ненный остывшей ЖМС капилляр  в направлении тока формовки можно вы­полнять “подстройку” - регулировать заполнение капилляра ЖМС. Можно ут­верждать, что совокупность процессов ПЭМП не имеет аналогов.

Ключевые слова: электромассоперенос в кремнии, тепловой шнур, металлоподобная перемычка.

Abstract. Under the action of a pulse structure applied to the electrodes, a region of thermal cord (RTC) is formed. RTC is located in the volume of silicon, has the shape of a cylinder connecting the structure's electrodes. With further increase of such parameters as the electric field intensity, the density of the electric current and the temperature, the process of polar dependent electro migration in silicon (PDEM) of the atoms of the metal of the electrode in the RTC begins.  As a result of this, the RTC is transformed into a cylindrical capillary shape, connecting the structure's electrodes and filled with a liquid metal-like alloy (LMA) electrode-metal - silicon. This process has been termed “formating”. As a result of the passage of a current pulse in the direction opposite to the molding current, through a capillary filled with cooled LMA, the process of “switching off” occurs. Switching off - complete or partial extrusion of the liquid simulator from a capillary under the action of Laplace pressure forces. As a result of the passage of a current pulse through an empty capillary in the direction coinciding with the direction of the current of the molding, the capillary is refilled with LMA. This process is called “inclusion”. The application to the test structure of a sequence of corresponding pulses allows switching on and off about 10⁴ times while preserving any state in a non-volatile manner for an arbitrarily long time. As a result of the passage of an increasing current pulse through a capillary filled with a cooled metal-like alloy, in the direction of the forming current, after the current reaches a certain critical value, resistance oscillations are observed. This process is called the “trimming” process. It is characterized by a sharp increase in resistance with an increase in current to the next critical value. After each such oscillation, the resistance decreases. As a result, a part of the LMA is squeezed out of the capillary, at the same time around the capillary there is formed a RTC of the tubular form. It can be argued that the set of  PDEM processes has no analogues.

Key words: polar dependent electro migration in silicon, thermal cord, metal-jumper.

 

Для цитирования:

Б. А. Панфилов. Физические исследования полярнозависимого электромассопереноса в кремнии (ПЭМП). Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 12. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/dec18/6/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.12.6