Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2021, выпуск 10 » Статья стр. 1454
<<<>>>
Особенности деформирования круглых тонкопленочных мембран и экспериментальное определение их эффективных характеристик
DOI: 10.21883/JTF.2021.10.51357.121-21
Переводная версия: 10.21883/TP.2022.13.52218.121-21
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, госзадание, 075-03-2020-216, 0719-2020-0017, мнемокод FSMR-2020-0017
Дедкова А.А. 1, Глаголев П.Ю. 1, Гусев Е.Э. 1, Дюжев Н.А. 1, Киреев В.Ю. 1, Лычев С.А. 2, Товарнов Д.А. 1
1Национальный исследовательский университет "МИЭТ", Зеленоград, Москва, Россия
2Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Москва, Россия
Email: dedkova@ckp-miet.ru, glagolev@ckp-miet.ru, gusev@ckp-miet.ru, dyuzhev@ckp-miet.ru, tovarnov@ckp-miet.ru
Поступила в редакцию: 26 апреля 2021 г.
В окончательной редакции: 26 апреля 2021 г.
Принята к печати: 26 апреля 2021 г.
Выставление онлайн: 27 июня 2021 г.
PDF версия
Рассмотрены особенности тонкопленочных мембран, сформированных над круглыми отверстиями в кремниевых подложках с помощью Бош-процесса травления. Из-за напряженного состояния исходных пленок мембраны имеют сложную форму. Для расчета механических характеристик мембраны посредством анализа зависимости прогиба мембраны w от поданного на нее избыточного давления P необходимо определение непосредственно на мембране: ее диаметра, толщин составляющих ее слоев, изменения рельефа поверхности мембраны по всей ее площади по мере увеличения давления P. На примере p-Si*/SiNx/SiO2- и SiNx/SiО2/SiNx/SiО2-мембран показано определение диаметра мембраны и толщин составляющих слоев. Использованы методы спектральной эллипсометрии, рентгеновского энергодисперсионного микроанализа, оптической профилометрии и оптической микроскопии. Показано влияние особенностей условий закрепления мембран на их напряженно-деформированное состояние, проведена оценка посредством численного моделирования. Разработана методика измерений и расчета механических характеристик мембран, имеющих начальный прогиб. Результат расчета показан на примере мембраны с начальным прогибом 2 μm - SiNx/SiО2/SiNx/SiО2 и мембраны с начальным прогибом 30 μm - Al/SiO2/Al. Ключевые слова: тонкие пленки, мембрана, дефект, механические характеристики, механические напряжения, деформация, модуль Юнга, модуль упругости, прогиб, микроэлектромеханические системы, МЭМС, круглая мембрана, кремниевая подложка, оптическая профилометрия, избыточное давление.
  1. Н.А. Дюжев, М.А. Махиборода, Р.Ю. Преображенский, Г.Д. Демин, Э.Е. Гусев, А.А. Дедкова. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 4, 64 (2017). DOI: 10.7868/S0207352817040060 [N.A. Djuzhev, M.A. Makhiboroda, R.Y. Preobrazhensky, G.D. Demin, E.E. Gusev, A.A. Dedkova. J. Surf. Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniq., 11 (2), 443 (2017). DOI: 10.1134/S1027451017020239]
  2. Н.А. Дюжев, Е.Э. Гусев, А.А. Дедкова, Д.А. Товарнов, М.А. Махиборода. ЖТФ, 90 (11), 1838 (2020). DOI: 10.21883/JTF.2020.11.49971.107-20 [N.A. Djuzhev, E.E. Gusev, A.A. Dedkova, D.A. Tovarnov, M.A. Makhiboroda. Tech. Phys., 65(11), 1755 (2020). DOI: 10.1134/S1063784220110055]
  3. A. Nazarov, I. Abdulhalim. Sensors and Actuators A: Physical, 257, 113 (2017). DOI: 10.1016/j.sna.2017.02.020
  4. C. Zorman. Material Aspects of Micro- and Nanoelectromechanical Systems (Springer Handbook of Nanotechnology, Springer-Verlag, Berlin 2007)
  5. Н.А. Дюжев, Е.Э. Гусев, Т.А. Грязнева, А.А. Дедкова, Д.А. Дронова, В.Ю. Киреев, Е.П. Кириленко, Д.М. Мигунов, Д.В. Новиков, Н.Н. Патюков, А.А. Преснухина, А.Д. Бакун, Д.С. Ермаков Российские нанотехнологии, 12 (7-8), 97 (2017). [N.A. Dyuzhev, E.E. Gusev, T.A. Gryazneva, A.A. Dedkova, D.A. Dronova, V.Yu. Kireev, E.P. Kirilenko, D.M. Migunov, D.V. Novikov, N.N. Patyukov, A.A. Presnukhina, A.D. Bakun , D.S. Ermakov, Nanotechnologies in Russia, 12 (7-8), 426 (2017). DOI: 10.1134/S1995078017040073]
  6. P. Rosakis. Networks and Heterogeneous Media, 9 (3), 453 (2014). DOI: 10.3934/nhm.2014.9.453
  7. M. Kardar, G. Parisi, I.-Ch. Zhang. Phys. Rev. Lett., 56 (9), 889 (1986). DOI: 10.1103/PhysRevLett.56.889
  8. J. Braun, B. Schmidt. Calc. Var., 55 (5), 125 (2016). DOI: 10.1007/s00526-016-1048-x
  9. M.E. Gurtin, A.I. Murdoch. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 57 (4), 291 (1975). DOI: 10.1007/bf00261375
  10. S. Majaniemi, T. AlaNissila, J. Krug. Phys. Rev. B, 53 (12), 8071 (1996)
  11. R. Molzon, C.S. Man. J. Elasticity, 20 (3), 181 (1988)
  12. B. Schmidt. Networks and Heterogeneous Media, 4 (4), 789 (2009)
  13. C.Q. Ru. Science China-Physics Mechanics \& Astronomy, 53 (3), 536 (2010). DOI: 10.1007/s11433-010-0144-8
  14. C.Q. Ru. Continuum Mech. Thermodyn., 28 (1-2), 263 (2016). DOI: 10.1007/s00161-015-0422-9
  15. R. Shuttleworth. Proc. Phys. Soc. A, 63, 444 (1950)
  16. F. Theil. ESAIM: M2AN, 45 (5), 873 (2011). DOI: 10.1051/m2an/2010106
  17. E. Orowan. Proc. Roy. Soc. Lond. A, 316, 473 (1970)
  18. C.-Y. Hui, A. Jagota. Langmuir, 29 (36), 11310 (2013). DOI: 10.1021/la400937r
  19. С.А. Лычев, Т.Н. Лычева, А.В. Манжиров. Известия РАН. Механика твердого тела, 2, 199 (2011) [S.A. Lychev, A.V. Manzhirov, T.N. Lycheva. Mechanics of Solids, 46 (2), 325 (2011). DOI: 10.3103/S002565441102021X]
  20. S. Lychev, K. Koifman. Acta Mechan., 230 (11), 3989 (2019). DOI: 10.1007/s00707-019-02399-7
  21. S. Lychev. ZAMM Zeitschrift fur Angewandte Mathematik Mechanik, 94 (1-2), 118 (2014). DOI: 10.1002/zamm.201200231
  22. A. Degen, J. Voigt, B. Sossna, F. Shi, I.W. Rangelow. Proceedings SPIE, 3996, 97 (2000)
  23. M.K. Small, W.D. Nix. J. Mater. Res., 7 (6), 1553 (1992)
  24. В.Ю. Киреев. Нанотехнологии в микроэлектронике. Нанолитография --- процессы и оборудование (Издательский дом "Интеллект", Долгопрудный, 2016)
  25. В.С. Сергеев, О.А. Кузнецов, Н.П. Захаров, В.А. Летягин. Напряжения и деформации в элементах микросхем (Радио и связь, М., 1987)
  26. Г.П. Егоров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Механические напряжения в металлических пленках при магнетронном осаждении" (НИЯУ "МИФИ", М., 2018)
  27. С.Ф. Сенько, В.А. Зеленин. Приборы и методы измерений, 9 (3), 254 (2018). DOI: 10.21122/2220-9506-2018-9-3-254-262
  28. А.А. Дедкова, Н.А. Дюжев, Е.Э. Гусев, М.Ю. Штерн. Дефектоскопия, 5, 52 (2020). DOI: 10.31857/S0130308220050073 [A.A. Dedkova, N.A. Dyuzhev, E.E. Gusev, M.Yu. Shtern. Rus. J. Nondestructive Testing, 56 (5), 452 (2020). DOI: 10.1134/S1061830920050046]
  29. А.А. Дедкова, В.Ю. Киреев, В.А. Беспалов, А.Л. Переверзев. Заявка на изобретение РФ 2021106059
  30. F.R. Brotzen. Intern. Mater. Rev., 39 (1), 24045 (1994)
  31. Е.Э. Гусев, А.А. Дедкова, Н.А. Дюжев. Наноиндустрия, S (82), 538 (2018). DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.538.541
  32. А.А. Дедкова, Е.Э. Гусев, В.С. Ларионов, Н.А. Дюжев. Третий междисциплинарный молодежный научный форум с международным участием "Новые материалы". Сборник материалов, 251 (2017)
  33. A.A. Dedkova, P.Yu. Glagolev, G.D. Demin, E.E. Gusev, P.A. Skvortsov. 2020 IEEE Conf. Rus. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2288 (2020). DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039289
  34. E.I. Bromley, J.N. Randall, D.C. Flanders, R.W. Mountion. J. Vac. Sci. Technol. B, 1 (4), 1364 (1983)
  35. А.И. Козлов. Исследование и разработка мембранных тензопреобразователей давления. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. (УлГТУ, Ульяновск, 2014), 113 с
  36. Н.М. Якупов, В.Н. Куприянов, Р.Г. Нуруллин, С.Н. Якупов. Патент РФ 2387973
  37. J. Yang, W. Zhou, F. Yang. Patient CN101520385
  38. А.Н. Гоц. Численные методы расчета в энергомашиностроении. Учебное пособие в двух частях. Часть 2 (Изд-во Владимирского гос. ун-та, Владимир, 2010)
  39. Л.Е. Андреева. Упругие элементы приборов (Машгиз, М., 1962)
  40. С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. Пластинки и оболочки (Наука, М., 1966)
  41. А.А. Саченков. Цикл лекций по теории пластин и оболочек: учебное пособие (Казанский университет, Казань, 2018)
  42. А.В. Корляков. Нано- и микросистемная техника, 8, 17 (2007)
  43. Е.Д. Хребтова. Разработка методики измерения механических характеристик мембранных элементов. Выпускная квалификационная работа магистра по направлению 28.04.01 (СПбГЭТУ "ЛЭТИ", СПб., 2017), 99 с
  44. И.А. Вавилин. Разработка лабораторного стенда для определения прогиба микромеханических мембран. Выпускная квалификационная работа бакалавра по направлению 28.03.01 (СПбГЭТУ "ЛЭТИ", СПб., 2017)
  45. О.Н. Асташенкова. Физико-технологические основы управления механическими напряжениями в тонкопленочных композициях микромеханики. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. по специальности 05.27.06 (СПбГЭУ "ЛЭТИ", СПб., 2015), 143 с
  46. И.А. Биргер. Остаточные напряжения (Красный печатник, Л., 1963)
  47. P. Waters. Stress Analysis and Mechanical Characterization of Thin Films for Microelectronics and MEMS Applications. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy --- 215 c., Department of Mechanical Engineering College of Engineering University of South Florida, 2008
  48. F. Fachin, S.A. Nikles, J. Dugundji, B.L. Wardle. J. Micromech. Microeng, 21, 095017 (2011). DOI: 10.1088/0960-1317/21/9/095017
  49. А.Н. Кривошеева, А.В. Корляков, В.В. Лучинин, А.М. Ефременко. Патент РФ 2327252
  50. Механические напряжения в тонких пленках ( Реферативно-аналитический обзор). Выпуск 8 (798). Серия 2 "Полупроводниковые приборы" (ЦНИИ "Электроника", М., 1981)
  51. Под ред. Л. Майсела, Р. Глэнга. Технология тонких пленок ( справочник) (Сов. радио, М., 1970) [Перс. с англ. М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко, 1977]
  52. М.Е. Галкина. Внутренние напряжения в углеродных конденсатах, формируемых импульсным вакуумно-дуговым методом. Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н., специальность 01.04.07 (Белгородский гос. ун-т, Белгород, 2005), 165 с
  53. Электронный ресурс. И. Каримов. "Лекция 4. Пластины, мембраны" Available: http://www.soprotmat.ru/ lectuprugost4.htm
  54. G. Machado, D. Favier, G. Chagnon. Experimental Mechanics, 52, 865 (2012). DOI: 10.1007/s11340-011-9571-3
  55. Н.К. Галимов, С.Н. Якупов. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 4, 13 (2009)
  56. Н.М. Якупов, В.Н. Куприянов, С.Н. Якупов. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 1 (9), 106 (2008)
  57. С.Н. Якупов. Известия РАН. Механика твердого тела, 3, 58 (2011)
  58. Н.М. Якупов, С.Н. Якупов. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 1, 6 (2017)
  59. Н.К. Галимов, С.Н. Якупов. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 4, 74 (2012)
  60. Н.К. Галимов, С.Н. Якупов. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 3, 73 (2008)
  61. T. Tsakalakos. Metallurgical and Рrotective Сoatings, 75, 293 (1981)
  62. М.С. Ганеева, В.Е. Моисеева, З.В. Скворцова. Ученые записки Казанского университета. Серия физико-математические науки, 160 (4), 670 (2018)
  63. И.П. Гетман, М.И. Карякин, Г.О. Мостипан, И.А. Панфилов, Ю.А. Устинов. Известия вузов. Северо-кавказский регион. Естественные науки, 4, 24 (2011)
  64. S. Jianbing, L. Xiang, X. Sufang, W. Wenjia. Interna. J. Polymer Sci., 2017, 4183686 (2017). DOI: 10.1155/2017/4183686
  65. R.H. Plaut. Acta Mech., 202, 79 (2009). DOI: 10.1007/s00707-008-0037-3
  66. А.А. Дедкова, М.А. Махиборода. Наноструктуры. Математическая физика и моделирование, 20 (2), 41 (2020). DOI: 10.31145/2224-8412-2020-20-2-41-64
  67. В.А. Швец, Е.В. Спесивцев, С.В. Рыхлицкий, Н.Н. Михайлов. Российские нанотехнологии, 4 (2-4), 91 (2009). [V.A. Shvets, E.V. Spesivtsev, S.V. Rykhlitskii, N.N. Mikhailov. Nanotechnologies in Russia, 4 (3-4), 201 (2009). DOI: 10.1134/S1995078009030082]
  68. Под ред. А. Зандерны. Методы анализа поверхностей (Мир, М., 1979)
  69. А.А. Дедкова, М.О. Никифоров, С.В. Митько, В.Ю. Киреев. Российские нанотехнологии, 14 (3-4), 93 (2019). DOI: 10.21517/1992-7223-2019-3-4-93-100 [A.A. Dedkova, M.O. Nikiforov, S.V. Mitko, V.Yu. Kireev. Nanotechnologies in Russia, 14 (3-4), 176 (2019). DOI: 10.1134/S1995078019020046]
  70. J.D. Baek, Y. Yoon, W. Lee, P. Su. Energy Environ. Sci., 8 (11), 3374 (2015). DOI: 10.1039/C5EE02328A
  71. Н.Е. Ольховский. Предохранительные мембраны (Химия, М., 1976)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme