Физические исследования полярнозависимого электромассопереноса в кремнии (ПЭМП)

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.

• электромассоперенос в кремнии
• тепловой шнур
• металлоподобная перемычка
• polar dependent electro migration in silicon
• thermal cord
• metal-jumper

Abstract (in English)

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.

Для цитирования

Литература

1. С.А.Гаряинов, Ю.С.Тиходеев Физические модели полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением, Москва, «Радио и связь», 1997.
2. А.Ф.Волков, Ш.М Коган, УФН, 96, 633,1968.
3. А.Милнc. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках, «Мир», Москва, 1977.
4. Б.Д.Сумм, Ю.В.Горюнов. Физико-химические основы смачивания и растекания, Москва, Химия, 1976.
5. Панфилов Б.А., Степанов Г.В., Елинсон М.И. и др. Исследование явления переноса материала электродов по поверхности кремния, приводящее к переключению с памятью. - Микроэлектроника, 1977, т.6, с.20.
6. Б.А.Панфилов. Исследование бистабильного переключения с массопереносом вещества электродов в структурах металл - кремний - металл, Дис. к.ф-м.н. М., ИРЭ АН СССР, 1981.
7. Панфилов Б. А. К вопросу о местонахождении и форме высокопроводящей перемычки при полярнозависимом электромассопереносе в кремнии // Микроэлектроника. 2002. т. 31. в 4. С 303-306.
8. Панфилов Б.А., Огрин Ю.Ф., Елинсон М.И. Эффект переключения и памяти на структуре металл-кремний-металл. Микроэлектроника, 1975,т.4, вып.4, с, 366.
9. Болтакс Б.И., Бахадырханов М.К., Городенский С.М., Куликов Г.С. Компенсированный кремний. Л., Наука, 1972.
10. Белащенко Д.К. Явления переноса в жидких металлах и полупроводниках. Атомиздат, М., 1970.
11. Фикс В.Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках (электроперенос). Наука, М., 1969.
12. Massalski Т.В. Binary Alloy Phase Diagrams (American Society for Metals International. Ohio, 1990) 2nd ed., p. 428.
13. Okada T. and Onho S. Electrical Properties Si and Liquid Au-Si Alloys. Journal of the Phis. Soc. of Japan, vol. 72, No.2, Febriary 2003, pp. 352-356.
14. Панфилов Б. А. Способ соединения в приборах на основе твердого тела. Патент РФ №1311536. Бюллетень изобретений, 1992, №11, С. 255.
15. Панфилов Б.А. Способ соединения электродов металлической перемычкой в твердотельных приборах. Патент РФ №1389135. Бюллетень изобретений, 1992, №11, С. 251.
16. Палко Э.В., Тарасова А.А., Шулекин А.Ф., Юферов B.C. Высокотемпературная cтадия теплового пробоя полупроводников. ЖТФ, т. 61, в. 6, 1991, с. 76-82.
17. Кардо-Сысоев А.Ф., Козлов В.А. Высокотемпературные токовые неустойчивости в кремнии, ФТП, т. 14, в. 6, 1980, с. 1167-1174.
18. Лебедев С.В., Савватимский А.И. Металлы в процессе быстрого нагревания электрическим током большой плотности. УФН, т. 144, в. 2, 1984, с. 215-250.
19. Тихонов А.Н., Самарский А.А., Уравнения математической физики, Гостехиздат, 1953.
20. Панфилов Б.А. Физико-технические и функциональные характеристики унифицированной структуры ячейки памяти, работа которой основана на полярнозависимом электромассопереносе в кремнии. РНТОРЭС им. А.С. Попова. LVII НАУЧНАЯ СЕССИЯ, ПОСВЯЩЕННАЯ ДНЮ РАДИО, труды, т. 2, Москва 2002, С. 255 - 258.
21. Панфилов Б.А., РНТОРЭиС им. А.С.Попова, LIII НАУЧНАЯ CЕСCИЯ, ПОСВЯЩЕННАЯ ДНЮ РАДИО, тезисы докладов, М; 1998. С. 203 - 204.
22. Панфилов Б. А. Однократно программируемая матрица памяти на основе полярнозависимого электромассопереноса в кремнии (ПЭМП) для ЗУ долговременного хранения информации. ТРУДЫ РНТОРЭС им. А.С.Попова. Серия: НАУЧНАЯ СЕССИЯ, ПОСВЯЩЕННАЯ ДНЮ РАДИО, Выпуск: LIX - 2, Москва - 2004. С. 197 - 198.
23. Панфилов Б.А. // РНТОРЭиС им. А.С.Попова, LV научная сессия, посвященная дню Радио "Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия", труды, М., 2000. С. 293.