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薄膜导线中损伤缺陷的形貌演化及愈合机理的相场法研究

作　者: 孔涛
导　师: 王熙
学　校: 上海交通大学
专　业: 固体力学
关键词: 薄膜导线相场法孔洞形貌演化裂隙形貌演化各向异性扩散特征电场应力场
分类号: O346.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 61次
引　用: 1次
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内容摘要

集成电路中互连导线存在一种典型的失效模式:即初始损伤缺陷(显微孔洞)萌生、扩张、失稳形成狭长裂纹,从而切断导线使其发生开路失效。本文首先基于相场法应用于损伤缺陷形貌演化的控制方程,采用FTCS(forward for time; center for space)差分格式求解控制方程,并使用窄带界面法优化计算方法。在算例计算中,数值模拟了初始损伤缺陷构型为圆形孔洞在电场作用下的形貌演化过程,将得到的孔洞漂移速度与现有文献的理论解和尖锐界面的解进行比较,得到较好的吻合,从而证明了本文所给出的相场模型数值求解方法的可靠性和正确性。另外,本文分别计算了初始构型为圆形孔洞在表面能、电场和各种应力载荷作用下的形貌演化过程,研究了各向异性扩散特征对构型形貌演化规律的影响,描述了初始构型为裂隙形状在各种物理条件下的形貌演化过程和规律。最后,本文综合各种不同的外场物理条件对孔洞形貌演化的影响规律,预测不同的孔洞构型形貌演化发展的趋势,探讨孔洞愈合机理的可行性。为集成电路中互连导线的可靠性设计提供了有意义的理论依据和实际的工程应用参考价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 选题目的和意义  11-12
  1.2 固体材料中的质量输运过程  12-15
  1.3 薄膜互联导线失效机理常用研究方法  15-16
  1.4 本文的主要研究工作  16-19
第2章相场法原理及模型的建立  19-36
  2.1 尖锐界面模型的基本理论  19-22
  2.2 相场法(扩散界面)模型  22-26
  2.3 相场模型数值计算方法  26-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章损伤缺陷形貌演化的相场法模拟  36-50
  3.1 表面能作用下的椭圆形孔洞形貌演化规律  36-38
  3.2 电场作用下的圆形孔洞形貌演化规律  38-45
  3.3 应力场作用下的圆形孔洞形貌演化规律  45-48
  3.4 表面能、电场和应力场综合作用下的初始缺陷形貌演化规律  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章各向异性扩散特征对损伤缺陷形貌演化的影响  50-58
  4.1 各向异性扩散特征下的相场控制方程  50-51
  4.2 各向异性扩散特征对损伤缺陷形貌演化的影响规律  51-55
  4.3 各向异性扩散特征下应力场影响规律  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章各向异性扩散特征下裂隙形貌演化规律  58-72
  5.1 电场作用下裂隙形貌演化规律  58-60
  5.2 应力场作用下裂隙形貌演化规律  60-64
  5.3 边界条件对比模拟  64-66
  5.4 垂直裂隙形貌演化规律  66-71
  5.5 本章小结  71-72
第6章全文总结  72-74
  6.1 主要结论  72-73
  6.2 研究展望  73-74
参考文献  74-79
附录  79-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的学术论文  81-84
上海交通大学硕士学位论文答辩决议书  84

薄膜导线中损伤缺陷的形貌演化及愈合机理的相场法研究

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