1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 5, 2022

Известия РАН. Механика твердого тела, 2022, № 5, стр. 103-113

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МЕМБРАН ИЗ ОКСИДА И НИТРИДА КРЕМНИЯ

Н. А. Дюжев a, Е. Э. Гусев a, *, М. А. Махиборода a

a Национальный исследовательский университет “МИЭТ”
Зеленоград, Москва, Россия

* E-mail: bubbledouble@mail.ru

Поступила в редакцию 11.01.2022
После доработки 12.01.2022
Принята к публикации 13.01.2022

Аннотация

Изготовлены тонкопленочные мембраны из чередующихся слоев оксида и нитрида кремния по групповой технологии. Исследовано влияние количества составляющих мембрану слоев при сохранении ее толщины на величину механической прочности. Давление разрыва мембранной структуры диаметром 560 мкм изменяется в диапазоне от 0.9 до 1.65 атм для 30 образцов в зависимости от количества составляющих мембрану слоев. Механическая прочность структуры Si3N4/SiO2 изменяется от 10.5 до 19.2 ГПа. Показано, что область разрыва структуры локализована на границе мембрана/подложка.

Ключевые слова: механическая прочность, мембраны, тонкие пленки, оксид кремния, нитрид кремния

Список литературы

  1. Шпейзман В.В., Николаев В.И., Поздняков А.О. и др. Прочность пластин монокристаллического кремния для солнечных элементов // Журнал технической физики. 2020. № 90 (1). С. 79–84. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.01.48665.148-19

  2. Gusev E.E., Borisova A.V., Dedkova A.A. et al. The effect of ion beam etching on mechanical strength multilayer aluminum membranes // 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2019. № 8657243. P. 1990–1994. https://doi.org/10.1109/eiconrus.2019.8657243

  3. Savinykh A.S., Kanel G.I., Razorenov S.V. Strength and failure of LK7 borosilicate glass under shock compression // Tech. Phys. 2010. V. 55. № 6. P. 839–843. https://doi.org/10.1134/S1063784210060150

  4. Zhilyaev Y.V., Raevskii S.D., Grabko D.Z. et al. Bulk GaN layers grown on oxidized silicon by vapor-phase epitaxy in a hydride–chloride system // Tech. Phys. Lett. 2005. V. 31. № 5. P. 367–369. https://doi.org/10.1134/1.1931770

  5. Верезуб Н.А., Простомолотов А.И. Механика процессов выращивания и термообработки монокристаллического кремния // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 5. С. 51–63. https://doi.org/10.31857/S0572329920040157

  6. Перельмутер М.Н. Анализ трещиностойкости соединений материалов // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 4. С. 96–114. https://doi.org/10.31857/S057232992004011X

  7. Бабешко В.А., Бабешко О.М., Евдокимова О.В. Трещины нового типа и модели некоторых наноматериалов // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 5. С. 13–20. https://doi.org/10.31857/S0572329920050025

  8. Власов А.И., Цивинская Т.А., Шахнов В.А. Анализ влияния формы мембраны на механическую прочность и стабильность параметров МЭМС-сенсоров давления // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2016. № 4. С. 65–70.

  9. Shikunov S.L., Kurlov V.N. SiC-based composite mterials obtained by siliconizing carbon matrices // Tech. Phys. 2017. V. 62. № 12. P. 1869–1876. https://doi.org/10.1134/S1063784217120222

  10. Mueller M.G., Fornabaio M., Zagar G., Mortensen A. Microscopic strength of silicon particles in an aluminium – silicon alloy // Acta Mater. 2016. V. 105. P. 165–175. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.12.006

  11. Ramnath Venkatraman, John C. Bravman Separation of film thickness and grain boundary strengthening effects in Al thin films on Si // J. Mater. Res. 1992. V. 7. № 8. P. 2040–2048. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.2040

  12. Tsuchiya T., Sakata J., Taga Y. Tensile strength and fracture toughness of surface micromachined polycrystalline silicon thin films prepared under various conditions // MRS Proc. 1998. V. 505. P. 285–290. https://doi.org/10.1557/proc-505-285

  13. Sharpe W.N., Pulskamp J., Gianola D.S. et al. Strain measurements of silicon dioxide microspecimens by digital imaging processing // Exp. Mech. 2007. V. 47. P. 649–658. https://doi.org/10.1007/s11340-006-9010-z

  14. Jinling Yang. Fracture Properties of LPCVD silicon nitride and thermally grown silicon oxide thin films from the load-deflection of long Si3N4 and SiO2/Si3N4 diaphragms // J. Microelectromech. Sys. 2008. V. 17. № 5. P. 1120–1134. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2008.928706

  15. Petersen K.E. Silicon as a mechanical material // Proc. IEEE. 1982. V. 70. № 5. P. 420–457. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12331

  16. Tai-Ran Hsu. MEMS and Microsystems: Design and Manufacture. Boston: McGraw-Hill Education, 2002. 436 p.

  17. Madou M. Fundamentals of Microfabrication. L.: Taylor & Francis, 1997. 589 p.

  18. Qing An Huang. Micro Electro Mechanical Systems. Singapore: Springer, 2018. 1479 p.

  19. Edwards R.L., Coles G., Sharpe W.N. Comparison of tensile and bulge tests for thin-film silicon nitride // Exp. Mech. 2004. V. 44. № 1. P. 49–54. https://doi.org/10.1007/bf02427976

  20. Clemens B.M., Kung H., Barnet S.A. Structure and strength of multilayers // MRS Bull. 1999. V. 24. P. 20–26. https://doi.org/10.1557/S0883769400051502

  21. Madan A., Yun-yu Wang, Barnet S.A. et al. Enhanced mechanical hardness in epitaxial nonisostructural Mo/NbN and W/NbN superlattices // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. № 2. P. 15. https://doi.org/10.1063/1.368137

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал