Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 26(70)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Нанотехнологии

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3

Библиографическое описание:
Субботина А.Е. НОВЫЕ ДАННЫЕ О ЗАВИСИМОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОБОЯ ОТ ЧИСЛА ПРОБОЕВ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 26(70). URL: https://sibac.info/journal/student/70/149428 (дата обращения: 23.11.2019).

НОВЫЕ ДАННЫЕ О ЗАВИСИМОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОБОЯ ОТ ЧИСЛА ПРОБОЕВ

Субботина Анастасия Евгеньевна

студент, кафедра физической электроники ТУСУР,

РФ, г. Томск

АННОТАЦИЯ

В данной статье будут рассматриваться новые данные о зависимости напряжения пробоя от числа пробоев, а также возможные причины поведения того, что при каждом первом пробои при смене полярности происходит снижение электрической прочности.

 

Ключевые слова: пробой ТПК, МДМ – системы Al – SiO2 – Al, отрицательный объемный заряд, смена полярности.

 

Тонкопленочные системы металл – диэлектрик – металл (ТПС МДМ) широко используются в микроэлектронике, в частности, в интегральных схемах.

Общеизвестен факт, что при пробое тонкопленочных конденсаторов (ТПК) наблюдается эффект «самозалечивания», заключающийся в том, что разрушение верхнего электрода происходит на площади большей, чем площадь диаметра канала пробоя в диэлектрике, канал пробоя изолируется от электрического поля и ТПС может функционировать дальше [1].

Поскольку ТПК после пробоя не закорачиваются, а продолжают функционировать. На одном ТПК можно производить десятки и даже сотни пробоев. При этом, в большинстве случаев наблюдается увеличение пробивного напряжения Uпр при увеличении числа пробоев на одном ТПК (рисунок 1) [2].

 

Рисунок 1. Зависимость Uпр от числа пробоев

 

Это связано с тем, что пробой происходит в наиболее слабом месте и с увеличением числа пробоев эти слабые места выбиваются. Но такая зависимость (рисунок 1) наблюдается при одинаковой полярности, например, верхнего электрода.

В проделанной работе были исследованы зависимости напряжения пробоя от количества пробоев при одной полярности, а также при смене полярности напряжения на электродах ТПК.

В качестве образцов использовалась МДМ – системы Al – SiO2 – Al, с толщиной диэлектрика 190 нм, верхнего и нижнего электрода 80 нм.

Однако увеличение Uпр при увеличении числа пробоев наблюдается не всегда.

По результатам эксперимента были построены графики зависимости напряжения пробоя от их количества без смены полярности (рисунок 2) и при смене полярности электродов (рисунок 3).

 

Рисунок 2. Зависимость напряжения пробоя от количества пробоев при +ВЭ для одного ТПК

 

Из данного графика (рисунок 2) видно, что при увеличении количества пробоев, напряжение пробоя растет при одной полярности электродов (+ВЭ).

 

Рисунок 3. Зависимость напряжения пробоя от количества пробоев с учетом смены полярности на одном ТПК

 

Из данной зависимости (рисунок 3) видно, что при смене полярности уменьшается напряжение каждого первого пробоя.

Возможны две причины, объясняющие этот факт:

1) Опасное микроострие имеет большую напряженность электрического поля, но при положительной полярности тока эмиссии из него нет и пробой не происходит. При смене полярности эмиссионный ток достигает критической плотности даже при меньшей напряженности электрического поля на этом острие и поэтому Uпр ниже.

2) Вторая причина связана с поведением отрицательного объемного заряда (ООЗ), образующегося вблизи микроострия, находящемся под отрицательным потенциалом (рисунок 4). ООЗ уменьшает напряженность электрического поля на вершине отрицательного острия и увеличивает Eпр (рисунок 4 (а)). При смене полярности наблюдается скачок тока, связанный с образованием нового ООЗ (время образования ООЗ ), и разрушением ООЗ вблизи бывшего отрицательного острия (рисунок 4 (б)) [3].

 

Рисунок 4. Схематическое изображение образования и разрушения ООЗ: а) до смены полярности напряжения; б) сразу после смены полярности

 

На рисунке 4, стрелками показано направление эмиссионных токов при смене полярности.

В дальнейшем зависимость Uпр от числа пробоев стандартна: происходит увеличение Uпр при увеличении числа пробоев (рисунок 3).

Заключение:

В проделанной работе были исследованы зависимости напряжения пробоя от количества пробоев при одной полярности, а так же при смене полярности напряжения на электродах ТПК. Однако увеличение Uпр при увеличении числа пробоев наблюдается не всегда, как можно наблюдать в зависимостях без смены полярности. Обнаружено уменьшение первого значения Uпр после смены полярности.

Были предложены две основные причины, почему это может возникать: 1) при смене полярности эмиссионный ток достигает критической плотности даже при меньшей напряженности электрического поля на этом острие и поэтому Uпр ниже; 2) вторая причина связана с поведением отрицательного объемного заряда (ООЗ), образующегося вблизи микроострия.

 

Список литературы:

  1. Воробьев Г.А., Мухачев В.А. Пробой тонких диэлектрических пленок. – М.: «Сов. радио», 1977. – 72 с.
  2. Воробьев Г.А., Мухачев В.А., Руднев А.Н. О механизме пробоя диэлектрической пленки моноокиси кремния. – «ЖТФ», 1968. – 5 с.
  3. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И. Физика диэлектриков (область сильных полей): учебное пособие. Изд – во Томского политехнического университета, 2011. – 245 с.

Оставить комментарий