表面電遷移

電遷移是指在直流電場作用下,材料中原子或離子沿電場方向或反方向作遷移運動。對於具有體相結構的金屬導線,在電場作用下其直徑會出現粗細變異,導線變細處,會引起局部電流密度進一步提高,導致溫度升高,從而進一步促進原子遷移擴散,最終引起斷路。隨著半導體工業的迅猛發展,材料和器件都以薄膜結構工作。在直流電場作用下,這種薄膜材料中的原子遷移和擴散運動將變得更加明顯,擴散機制也更趨複雜。

1982年,Zhou等發現了半導體表面上金屬原子的電遷移現象時。隨後在世界範圍內就半導體表面金屬電遷移現象,陸續發表了許多研究報告。1992年,Yasunaga小組對前10年的研究做了階段小結,隨後,Doi 等對Si(001)表面Si原子的電遷移,Sears等對Ag氧化物表面電遷移特性,Jo和Vook對多品Cu薄膜中Cu的電遷移、擴散活化能的測定等進行了細緻研究。
1994-1997年期間,著者負責的表面化學小組繼續就半導體表面電遷移現象進行了更深入的研究。發現在電場作用下,金屬原子除了沿半導體表面作物理遷移擴散外,同時與基底表面原子發生了交換和化學作用,並在表面上形了成新的物種。
這樣,客觀上就形成了三種幾何尺度下原子遷移擴散現象的研究體系,隨著微納米技術的進步和器件微型化的發展,薄膜和表面上原子電遷移問題,已成為材料科學前沿研究課題之一、這裡,我們將把討論的重點限定在半導體表面電遷移現象上。

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