استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر لتحديد الهجرة الكهربائية في مبيد الموليبدينوم

Julia Baldauf; Dennis Mitrenga; Andreas T. Winzer

doi:10.3791/68158

Method Article

استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر لتحديد الهجرة الكهربائية في مبيد الموليبدينوم

DOI:

10.3791/68158

⸱

May 23rd, 2025

Julia Baldauf¹ , Dennis Mitrenga¹ , Andreas T. Winzer¹

¹CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، نصف سير العمل باستخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر لتحديد الحجم المنتقل كهربائيا عبر خط معدني قيد الاختبار. من خلال تغيير المتغيرات التجريبية المختلفة ، يمكن الحصول على العديد من المعلومات حول الهجرة الكهربائية. في هذا العمل ، يتم تحديد طول بداية الهجرة الكهربائية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مع زيادة الكثافة الحالية وتقليل حجم الرقائق ، تصبح الهجرة الكهربائية أكثر أهمية. الهجرة الكهربائية هي حركة الذرات في مادة موصلة للكهرباء ناتجة عن تدفق التيار. بالنسبة للألمنيوم والنحاس ، تم التحقيق في معلمات الهجرة الكهربائية وتبعياتها من قبل العديد من الأشخاص والأساليب. بالنسبة للمواد الأخرى ، هذا ليس هو الحال. غالبا ما تستخدم تجارب الهجرة الكهربائية أوقاتا طويلة جدا للتأكيد على الخطوط قيد الاختبار في متوسط تجارب الفشل. تعطي هذه التجارب فقط معلومات على مستوى السطح حول الهجرة الكهربائية. تنظر الطرق الأكثر تعقيدا إلى التأثيرات والتأثيرات المجهرية أو النانوية. عادة ، يتم استخدام معدات باهظة الثمن مثل المجاهر الإلكترونية الماسحة (SEM) أو السنكروترونات أو التصوير المقطعي بالأشعة السينية لهذه الفحوصات. تم تطوير سير عمل يمكن من التحقيق في الهجرة الكهربائية على النطاق المجهري باستخدام مجهر المسح بالليزر. باستخدام تقنية المسح بالليزر هذه ، من الممكن تحقيق نتائج بدقة أقل قليلا من SEM ولكن بجهد أقل بكثير في تحضير العينات.

مع معرفة الحجم الكهربائي ، يمكن استخدام نفس الإجراءات المتبعة مع الأحجام المهاجرة بالكهرباء المحددة عبر SEM لحساب معلمات الهجرة الكهربائية. من خلال تغيير المتغيرات التجريبية المختلفة ، يمكن تحقيق العديد من المعلومات حول الهجرة الكهربائية. في هذا العمل ، يتم عرض تحديد طول بداية الهجرة الكهربائية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الهجرة الكهربائية هي هجرة أيونات المعادن الناتجة عن التيار. أثناء الهجرة الكهربائية ، تعمل قوة figure-introduction-1 على أيون المعدن.

يمكن حساب القوة figure-introduction-2 المؤثرة على أيون داخل خط موصل قيد الاختبار بدون طبقة مغلفة على النحو التالي:

figure-introduction-3

مع Z * كونها الشحنة الأيونية الفعالة لحركة الأيونات ، كونها شحنة إلكترون ، وكونها figure-introduction-4 المجال الكهربائي¹. لموصل figure-introduction-5 معدني مع المقاومة المحددة ρ وكثافة figure-introduction-6 التيار .

يعتمد Z * على أنواع الأيونات ومادة الخط قيد الاختبار. تشير قيمته إلى قوة الهجرة الكهربائية ، وتشير علامتها إلى اتجاه حركة الأيون المعني.

تتسبب هذه القوة في تحرك الذرات ونقلها في الخط المعدني. باستخدام العلاقة بين سرعة figure-introduction-7 الأيونات والقوة figure-introduction-8 الدافعة وعلاقة نرنست-أينشتاين لحركة الأيونات figure-introduction-9 ، يمكن حساب التدفق الذري (عدد الذرات لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة تنتقل عن طريق الهجرة الكهربائية) figure-introduction-10 على النحو التالي:

figure-introduction-11

مع كون N هو كثافة الذرات الشبكية ، فإن معامل الانتشار D ، و k هو ثابت بولتزمان ، و T درجة الحرارة المطلقة².

يمكن وصف الحجم الكهربائي المهاجر بأنه²^،³^،⁴:

V = ΩJ_EMعند

نظرا لأن A هي مساحة المقطع العرضي للموصل ، Ω هي الحجم الذري ، و t هي وقت الهجرة الكهربائية.

بالنسبة للخطوط المغلفة قيد الاختبار ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار مكون إضافي يعتمد على الضغط الميكانيكي:

figure-introduction-12

مع كون σ_xx هو الضغط الطبيعي على طول العينة و x هو الإحداثي على طول الخط قيد الاختبار¹. كما هو موضح في منشورات أخرى ، ينتج عن هذا⁵:

figure-introduction-13

الهجرة الكهربائية التي تولد الإجهاد هي ظاهرة معروفة في خطوط الحالة الصلبة قيد الاختبار.

إذا figure-introduction-14 كان = 0 ، فإن النقل figure-introduction-15 الكتلي = 0 (و V = 0) ، يمكن ربط الناتج الحرج للطول l والكثافة الحالية لبداية الهجرة الكهربائية بمعلمات المواد على النحو التالي¹:

figure-introduction-16

هذا المنتج المهم له أهمية كبيرة في تصميم المكونات أو الدوائر الكهربائية لأن الخطوط ذات الأطوال الأقصر من الطول الحرج ، والتي تسمى أيضا طول بليش ، خالدة. في البروتوكول أدناه ، يظهر تحديد (Ij) _c . إذا كانت المعلمات الأخرى معروفة ، فيمكن حساب Z * ككمية مادية مهمة.

تستخدم الطرق المنشورة سابقا لقياس الحجم الكهربائي SEM أو الفحص المجهري الإلكتروني للإرسال (TEM) أو التصوير المجهري بالأشعة السينية (X) ³^،⁴^،⁶^،⁷^،⁸^،⁹.

يتضمن استخدام هذه الأدوات تحضيرا دقيقا للعينات ، مثل تطبيق طبقة معدنية رقيقة إضافية على الأسطح ذات المقاومة العالية من أجل تقليل تراكم الشحنات على السطح أثناء مسح شعاع الإلكترون.

يمكن أن تسبب الطبقة الإضافية على السطح مشكلات ، مثل تغيير سلوك الهجرة الكهربائية عن طريق تعديل الضغط الميكانيكي في الواجهة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يتسبب تراكم الشحنة في حدوث انجراف افتراضي للعينة أثناء الفحص ، مما يجعل البيانات عديمة الفائدة.

كما أن تشغيل SEM و TEM يستغرق وقتا أطول وأكثر تكلفة من استخدام مجهر المسح بالليزر. يسهل استخدام مجهر المسح بالليزر فحص الخطوط قيد الاختبار في درجات حرارة أعلى. بالنسبة إلى SEMs ، توجد أيضا بعض مراحل التسخين غير المتوفرة بسهولة لجميع SEMs ، وهي باهظة الثمن ، وغالبا ما تكون مصنوعة حسب الطلب.

باستخدام مجهر المسح الضوئي بالليزر ، يمكن أن يكون عدم اليقين في قياس الأحجام في نفس النطاق بالنسبة لمحركات البحث ، شريطة استخدام المعدات المناسبة وإيلاء عناية فائقة لظروف القياس.

أثناء مسح السطح ، يتم قياس قيم متعددة لكل نقطة ، مما ينتج عنه دقة عالية. بسبب مبدأ المسح لمجهر المسح بالليزر ، فإن حد الطريقة لا يساوي حد الحيود. يتيح ذلك قياس الهياكل ذات الحجم الجانبي البالغ حوالي 120 نانومتر.

بالمقارنة مع قياسات SEM ، يمكن قياس ارتفاع الهياكل بسهولة ودقة أكبر بجهد أقل بكثير. قد يستخدم تحديد الارتفاع باستخدام SEM قياس ارتفاع العديد من التقاطعات بعد تحضيرها بحزمة أيونية مركزة (FIB). يمكن أن يتسبب FIB في حدوث تآكل في المنطقة المجاورة. بسبب هذه المستحضرات ، قد لا يتم تمثيل حجم الفراغ أو التل بشكل كاف من خلال قياسات SEM ، مما يؤدي إلى قياسات الحجم لكلتا الطريقتين بدقة مماثلة.

نظرا للعمل في ظل ظروف الهواء المحيط ، فمن الممكن العمل بشكل أسرع وأرخص وأكثر تنوعا من استخدام SEM أو TEM.

يمكن استخدام الطريقة الموضحة هنا إذا كان من الممكن تجنب أكسدة المادة أثناء القياس. يمكن أن تحدث الأكسدة في درجات حرارة مرتفعة بسبب التسخين الذاتي للخطوط قيد الاختبار. خلاف ذلك ، باستخدام SEM أو مسح الخط تحت الاختبارات ، يوصى بهندسة المنطقة محل الاهتمام أولا ، ثم تطبيق ضغط الهجرة الكهربائية في غرفة تم إخلاؤها ، وأخيرا مسح الخط تحت هندسة الاختبارات للمنطقة ذات الاهتمام للمرة الثانية.

إذا تم نقل العينة للإجهاد في بيئة مختلفة ، فيجب توخي الحذر لمحاذاة العينة قبل وبعد الضغط في نفس الاتجاه. المحاذاة يلغي الحاجة إلى تصحيح الصور الممسوحة ضوئيا للدوران. يعطي هذا عادة نتائج أكثر دقة من تصحيح الدور بواسطة البرنامج.

تستخدم هذه الطريقة عينات معدة وتتضمن عمليات المسح بالليزر الأولية ، والضغط على العينات في ظل ظروف محددة مسبقا وإجراء عمليات مسح بالليزر ثانية لنفس المناطق. من هذه الفحوصات ، يتم تحديد الأحجام المهاجرة كهربائيا للعديد من العينات عن طريق طرح فحصي الليزر. باستخدام بيانات الحجم لعدة عينات ، يتم تحديد اعتراض الخط الأنسب لأطوال مختلفة. هذا الاعتراض هو طول بليش في ظل الظروف المستخدمة في التجربة. تتميز هذه الطريقة بمزايا عند فحص مادة موصلة للكهرباء ذات مقاومة عالية أو مادة تتأثر سلبا بتحضير العينة اللازم للطرق الأخرى.

تختلف هندسة الخطوط قيد الاختبار لاختبارات الهجرة الكهربائية اختلافا كبيرا اعتمادا على تقنية القياس المستخدمة. لا يقتصر استخدام مجهر المسح بالليزر على خطوط مفردة قيد الاختبار بعرض عدة ميكرومتر¹⁰ ولكن يمكن استخدامه لجميع الهياكل التي يتم فيها التحقيق في التغيرات في الحجم الناجم عن الهجرة الكهربائية ، مثل هياكل بليش.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. اختيار المواد وصنع الخطوط تحت اختبار المواد ذات الأهمية

اختر خطوطا قيد اختبار المواد ذات الأهمية وقم بتجميعها للوصول إلى منطقة اهتمام الخط قيد الاختبار باستخدام مجهر المسح بالليزر.
ملاحظة: قد تحتوي الخطوط قيد الاختبار على أشكال هندسية تستخدم في أشباه الموصلات الرائدة أو قد تكون أكبر وتستخدم فقط لتقييم ظواهر الهجرة الكهربائية. قد تكون الأشكال الهندسية الخطية على سبيل المثال لا الحصر عرض 20-50 ميكرومتر ، وسماكات من 10 نانومتر إلى 200 نانومتر ، وأطوال من 40 ميكرومتر حتى 800 ميكرومتر. تعتمد منطقة الاهتمام على المواد المستخدمة وعلى هندسة هيكل الاختبار ، والتي يجب تحديدها عن طريق مسح هيكل الاختبار بالكامل خلال التجارب الأولى باستخدام ظروف إجهاد قوية. يمكن استخدام جميع أجزاء هيكل الاختبار التي تظهر تغييرات في الحجم كمنطقة اهتمام.
استخدم خطوطا مغلفة أو غير مغلفة تحت الاختبار مصنوعة من نفس المادة لها نفس المقطع العرضي (نفس الارتفاع والعرض) بأطوال مختلفة. اضغط عليهم باستخدام نفس الظروف (الكثافة الحالية ، درجة الحرارة ، الغلاف الجوي ، الوقت) لتحديد الطول الحرج لبداية الهجرة الكهربائية.
بدلا من ذلك ، استخدم الخطوط قيد الاختبار بنفس الطول وقم بتغيير كثافة التيار في نطاق صغير مع الضغط بنفس درجة الحرارة في نفس الغلاف الجوي.

2. تحديد الحجم الكهربائي المهاجر

حدد الحجم الكهربائي لأطوال مختلفة (نقاط بيانات متعددة) أو كثافات تيار مختلفة وفقا للخطوات اللاحقة للبروتوكول ، والتي تصف بالتفصيل كيفية الحصول على نقطة بيانات واحدة.
ملاحظة: باستخدام الطريقة المرفقة في هذا المنشور ، يتم استخدام كل عينة للحصول على نقطة بيانات واحدة.
احصل على نقطة بيانات واحدة
1. استخدم مجهر المسح الضوئي بالليزر بأعلى دقة متاحة.
  ملاحظة: لا تحقق جميع مجاهر المسح بالليزر الدقة اللازمة للطريقة المرفقة في هذا البروتوكول.
2. قم بتشغيل مجهر المسح بالليزر وافتح برنامج القياس والتحليلات. إذا طلب برنامج القياس ، العودة إلى أصل مرحلة XY؟ انقر فوق لا.
3. احصل على العينات وحامل العينة المناسب لتتمكن من تثبيت العينة على مرحلة مجهر المسح بالليزر حتى لا تتحرك العينة أثناء عملية المسح.
4. احصل على مصدر تيار وأسلاك دقيقة للتوصيل الكهربائي. تأكد من أن المصدر الحالي والكابلات تعملان بشكل صحيح.
5. قم بتغيير ارتفاع مرحلة مجهر المسح بالليزر وضع العينة في حامل العينة تحت مجهر المسح بالليزر. قم بمحاذاة العينة بالتوازي مع جدول المجهر. قم بإصلاح العينة حتى لا تتحرك أثناء القياسات.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة. في بعض الأحيان ، يتغير سلوك العينات اعتمادا على ظروف التخزين ، على سبيل المثال ، بسبب الأكسدة. التوقف المؤقت اختياري ويجب تجنبه إذا كان من المتوقع أن تتغير العينات كثيرا مع الظروف التي تكون فيها لهذه القياسات.
6. قم بتوصيل مأخذ التيار الكهربائي للمصدر الحالي بحامل العينة أو العينة حسب الإعداد. تحقق مما إذا كانت أسلاك الرابطة لا تزال متصلة بالعينة إما باستخدام تيار منخفض لفترة قصيرة أو عن طريق الفحص البصري.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
7. اضبط فرق الارتفاع بين العدسة الموضوعية لمجهر المسح بالليزر والعينة للحصول على العينة في البؤرة. اجعل منطقة الاهتمام في بؤرة تركيز العدسة الموضوعية بأقل تكبير. إما يدويا أو في نافذة المراقبة في برنامج القياس بالنقر فوق التركيز البؤري التلقائي.
  ملاحظة: إذا لزم الأمر، حرك موضع XY للجدول لتتمكن من رؤية منطقة الاهتمام. من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
8. قم بتغيير العدسة الموضوعية إلى التكبير الأعلى التالي وركز على منطقة الاهتمام. إما يدويا أو في نافذة المراقبة الخاصة بالبرنامج بالنقر فوق التركيز التلقائي.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
9. كرر تغيير العدسة الموضوعية والتركيز البؤري حتى تصبح المنطقة المركزة ذات الاهتمام مرئية باستخدام العدسة الموضوعية ذات أعلى تكبير، على سبيل المثال 150x في نافذة المراقبة .
  ملاحظة: إذا كانت المنطقة محل الاهتمام أكبر من المنطقة ، فيمكن للمسح الضوئي باستخدام أدق إعدادات مجهر المسح بالليزر ، فاستخدم الخياطة. لا يتضمن البروتوكول تفسيرات لكيفية المضي قدما في الخياطة. من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
10. تأكد من تعيين أدوات >قياس > متوسط العدد على 4. انقر فوق خيارات > الحفظ التلقائي، واختر مجلد وجهة الحفظ وبادئة اسم الملف ونموذج اسم الملف، ثم انقر فوق موافق.
11. انتقل إلى نافذة القياس . حدد وضع الخبير. استخدم إعدادات القياس > ملف تعريف Surface > فائقة الدقة (2048 × 1536) > دقة عالية.
  ملاحظة: قد تختلف أسماء الإعدادات للحصول على أعلى دقة إذا تم استخدام مجهر مسح بالليزر آخر.
12. قم بزيادة المسافة بين العدسة الموضوعية والعينة بالنقر فوق الأسهم لأعلى حتى تظهر النافذة بأكملها أن السطح أسود. انقر على تعيين نقاط البيع العلوية. قلل المسافة بين العدسة الموضوعية والعينة بالنقر فوق الأسهم لأسفل حتى يصبح السطح بأكمله مرئيا، واستمر في النقر فوق الأسهم لأسفل حتى تصبح النافذة بأكملها التي تعرض السطح سوداء. انقر على تعيين نقاط البيع المنخفضة.
13. انقر فوق الكسب التلقائي وبدء القياس لبدء مسح سطح المنطقة المعنية.
  ملاحظة: في التجربة الأولى باستخدام مادة وإعداد ، من الضروري مسح ليس فقط منطقة الاهتمام ولكن كل سطح الخط قيد الاختبار من جهة اتصال كهربائية واحدة (على سبيل المثال ، سلك الرابطة) إلى جهة الاتصال الأخرى (سلك الرابطة) للعينة إلى الجزء الأول المستخدم فقط لتوصيل العينة بالمناطق المحيطة لتكون قادرا على تحديد مصدر الذرات التي يتكون منها الحجم الجديد يمكن أن تكون من جزء مختلف من العينة ولاستبعاد التأثيرات المختلفة مثل الهجرة الحرارية التي تتسبب في ظهور الحجم. من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
14. قم بإلغاء تركيز مجهر المسح الضوئي بالليزر عن طريق زيادة المسافة بين الهدف والعينة بعدة مم حتى 1 سم عن طريق النقر فوق الأسهم لأعلى عدة مرات قبل الضغط على العينة.
  ملاحظة: هذا لتجنب إتلاف العدسة الموضوعية. اعتمادا على مادة الخط قيد الاختبار وظروف الإجهاد ، سوف يسخن الخط قيد الاختبار. في بعض الحالات ، ستصل درجة الحرارة إلى عدة مئات من الدرجات المئوية. عادة ما تكون المسافة بين العدسة الموضوعية والعينة أقصر من 2 مم أثناء المسح بالليزر. ستسخن العدسة الموضوعية بشكل كبير أثناء التجارب إذا لم يتم زيادة المسافة أثناء الإجهاد. يؤدي تسخين العدسة الشيئية إلى إجهاد ميكانيكي في العدسة مما قد يؤدي إلى تشوه العدسة أو تلف آخر للعدسة.
15. اضغط على العينة بالظروف المحددة مسبقا (الكثافة الحالية والوقت). أوقف التدفق الحالي بعد الوقت المحدد مسبقا.
  ملاحظة: تشمل الشروط الكثافة الحالية ووقت الإجهاد ودرجة الحرارة وطول الخط قيد الاختبار. تعتمد الظروف الملحدة على المواد ذات الأهمية. من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
16. انتظر 3-5 دقائق بعد الضغط الحالي. ركز مجهر المسح الضوئي بالليزر على المنطقة التي تهمك بعد أن تبرد العينة إلى درجة حرارة الغرفة (RT).
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
17. ركز مرة أخرى حتى تتوقف العينة لإلغاء التركيز البؤري من تلقاء نفسها للتأكد من عدم وجود انجرافات في السطح المقاس بسبب التغيرات في درجات الحرارة.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
18. امسح نفس المنطقة التي تم مسحها ضوئيا قبل الضغط الحالي بنفس الإعدادات وفقا للخطوات 2.2.10-2.2.13.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
19. استخدم برنامج التحليلات وصحح صورتي المنطقة التي تهمك.
  1. افتح الملف في برنامج التحليلات إذا لم يتم فتحه بالنقر فوق ملف > فتح والبحث عن الملف الصحيح.
  2. قم بتصحيح إمالة العينات بالنقر فوق معالجة الصورة> الإمالة الصحيحة لفتح نافذة لتصحيح الإمالة. استخدم صورة العرض Laser+Optical وطريقة التصحيح Plane tilt (3 نقاط) لإظهار ثلاث نقاط في الصورة المعروضة.
  3. حرك الخطوط بطريقة تكون فيها معظم كل سطر من هذه السطر في الخلفية. حرك النقاط الثلاث بالقرب من منطقة الاهتمام. حرك هذه النقاط لمطابقة المستوى ، الذي يمثله خطان مستقيمان في المقاطع العرضية ، إلى الخلفية.
    ملاحظة: إذا لم يتم تمثيل الخلفية بشكل صحيح بواسطة مستوى، فقم بمطابقة المستوى مع الحواف السفلية لمنطقة الاهتمام.
  4. اختر عدم ضبط ارتفاع الإزاحة 0 البيانات وضبط نطاق الارتفاع تلقائيا وانقر فوق تنفيذ وإغلاق.
  5. قم بإزالة الارتفاعات الناتجة عن زيادة سرعة مجهر المسح الضوئي بالليزر بالنقر فوق معالجة الصورة > مستوى قطع الارتفاع لفتح نافذة قطع الارتفاع. اضبط مستوى القطع على عادي، واستخدم دائما بيانات الارتفاع 0، وانقر فوق موافق.
    ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
  6. قم بقص الصورة إذا كانت أكبر من منطقة الاهتمام وأكبر من أن يتم تقييمها باستخدام البرنامج المخصص للتقييم. قم بقص الصورة بحيث تكون منطقة الاهتمام في المنتصف ، على سبيل المثال ، 500 بكسل × 500 بكسل.
  7. قم بالقص بالنقر فوق معالجة الصورة > التشذيب لفتح نافذة التشذيب. اختر العرض والارتفاع وفقا لمنطقة الاهتمام وحرك المستطيل للتحديد ليشمل منطقة الاهتمام.
    ملاحظة: سيكون الخيار المثالي هو عدم الاضطرار إلى تصحيح الصور على الإطلاق عن طريق محاذاة العينات بشكل مثالي بحيث لا يكون لها ميل فيما يتعلق بمرحلة العينة ومسح جزء من العينة أكبر قليلا من منطقة الاهتمام. قد لا يكون هذا النوع المثالي من القياس ممكنا مع المعدات المتاحة.
20. احفظ الصورة المقتطعة المصححة. افتح الصورة المصححة والمقصاصة باستخدام برنامج التحليلات بالنقر فوق > فتح الملف واختيار الملف الصحيح.
  1. لتصدير البيانات بطريقة تحتفظ بمعلومات ثلاثية الأبعاد حول منطقة الاهتمام، على سبيل المثال، كملف ASC، استخدم الخطوات التالية. انقر فوق File > Output 3D-CAD data لفتح النافذة لتحديد معلمات الإخراج.
  2. استخدم مقدار تخطي المبلغ 1 (بدون تخطي) > دقة عرض الرقم الفعلي 10 > XY نسبة التكبير/التصغير x1 وتحسين الارتفاع (٪) 100 واختر Surface أو استخدم الخيارات بأعلى دقة متاحة. انقر فوق تعيين. استخدم بيانات مجموعة النقاط لحفظ البيانات ذات المسماة الفريدة. بعد الانتهاء من تصدير البيانات ، سيعرض البرنامج نافذة.
  3. استخدم أسماء فريدة لمطابقة بيانات القياس قبل وبعد الضغط الحالي لكل منطقة من مناطق الاهتمام.
    ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
21. نقل البيانات إلى برنامج التقييم.
  ملاحظة: تحتوي بعض مجاهر المسح الضوئي بالليزر على برنامج مزود بوظائف مضمنة لقياس الأحجام. إذا كانت هذه هي الحالة، فإن استخدام البرنامج المدمج بدلا من استخدام البرنامج الموضح في هذا البروتوكول يعد خيارا.
22. استخدم إصدارا من برنامج التقييم المذكور في جدول المواد والحزم المذكورة في جدول المواد وافتح البرنامج (ملف الترميز التكميلي 1: Laserscan_1.vi).
  ملاحظة: يمكن استخدام برامج أخرى للحصول على نفس النتائج.
23. انقر فوق السهم لبدء تشغيل البرنامج. افتح مسار الحفظ لملفات asc المخصصة للاستخدام بالنقر فوق فتح. قم بتحميل ملفات asc في البرنامج عن طريق اختيار اسم العينة في قائمة التحديد. تأكد من تحديد المنطقة وانقر فوق التقاطع والمساحة.
  ملاحظة: إذا حدثت الهجرة الكهربائية لفترة طويلة أو كان تأثير الهجرة الكهربائية قويا في العينة مع الظروف المختارة، فقد لا يتمكن البرنامج من مطابقة أنماط الصور. إذا حدث هذا ، فأعد إجراء قياس مماثل بعينة جديدة بكثافة تيار أقل ، أو أوقات أقصر قيد الاختبار ، أو درجة حرارة منخفضة واضبط التجارب المستقبلية وفقا لذلك.
24. اضبط مطابقة النمط يدويا إذا كان البرنامج لا يتطابق مع الأنماط تماما.
25. لإضافة مقياس للارتفاع ، استخدم الماوس لاختيار مستطيل ينتمي إلى سطح الركيزة. انظر إلى الرسومين التكرارية لارتفاعات المستطيل في الصورة قبل وبعد الضغط الحالي بجوار صورة المنطقة المعنية. اجعل شكل هذين الرسومين البيانية يبدو موزعا بشكل طبيعي ومتشابهين قدر الإمكان.
  ملاحظة: إذا بدت الرسوم البيانية مختلفة تماما ، فأعد المستطيل المختار وقم بتغيير المستطيل بشكل طفيف حتى يكتفي بشكل الرسم البياني.
26. انقر فوق الزر صفر المسمى كخلفية لحفظ هذا الارتفاع كخلفية.
27. اختر مستطيلا آخر على جزء مسطح أعلى الخط قيد الاختبار.
  ملاحظة: إذا تغيرت المنطقة المختارة بهذا المستطيل أثناء التجربة، فأعد المستطيل حتى يتم اختيار منطقة بدون تغييرات. إذا أصبحت المنطقة صغيرة جدا ، على سبيل المثال ، فقط بضع وحدات بكسل ، فلن يكون تحديد الارتفاع دقيقا. إذا كانت هناك منطقة صغيرة جدا لم تتغير ، فاستخدم صورة بها المزيد من وحدات البكسل للحصول على منطقة بدون تغييرات أعلى السطر قيد الاختبار.
28. انظر إلى الرسومين التكراريين بجوار صورة سطح المنطقة المعنية. اجعل شكل هذين الرسومين البيانية يبدو موزعا بشكل طبيعي ومتشابهين قدر الإمكان.
  ملاحظة: أعد صنع المستطيلات التي تناسب جميع المعايير وتعطي أيضا نتيجة جيدة في الرسم البياني.
29. احفظ هذه القيمة بالنقر فوق السطر الموجود أسفل الاختبار وانقر فوق موافق.
  ملاحظة: يتم حفظ هذه البيانات مؤقتا فقط في الوقت الحالي.
30. أوقف البرنامج بالنقر فوق زر الإيقاف الأحمر واحفظ معلمات الارتفاع بشكل دائم في البرنامج بالنقر فوق تحرير > جعل القيم الحالية افتراضية وحفظ > الملف.
  ملاحظة: يأخذ البرنامج الخلفية كارتفاع صفر وارتفاع الخط قيد الاختبار على أنه 1. سيتم ضرب هذا في الارتفاع المقاس للخط قيد الاختبار في الخطوات اللاحقة / في النهاية.
31. انقر فوق السهم لبدء تشغيل البرنامج. قم بتقييم تل واحد (أو فراغ) في منطقة الاهتمام عن طريق رسم مستطيل باستخدام زر الماوس الأيسر بالقرب من حافة التل (أو الفراغ) في IMG مقارنة باللوحة الأمامية.
32. اقترب من حافة الهيكل قدر الإمكان. قم بتحسين المنطقة المحددة باستخدام النسخة المكبرة من الهيكل وتكبير الصورة ، على سبيل المثال ، تلك المسماة اقتصاص الاسترخاء.
33. اضبط منطقة التل (أو الفراغ) المحددة حتى يتطابق المحتوى مع حافة المستطيل مع التل (أو الفراغ).
34. انقر فوق زر الحفظ بجوار مقارنة IMG لحفظ مجموع كل وحدات البكسل (التكاملية) لوحدة التخزين.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
35. استمر في التل أو الفراغ التالي في الصورة. اتبع الخطوات 2.2.31 حتى 2.2.34 لكل تل (أو فراغ) موجود في الصورة.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا بعد حفظ جزء لا يتجزأ من كل تل (أو فراغ).
36. استخدم بيانات الحجم واحسب مجموع أحجام التلال (أو الفراغات) للحصول على حجم المادة المهاجرة كهربائيا في منطقة واحدة ذات أهمية في ظل هذه الظروف.
37. قم بتحويل الحجم المجمع المحدد (الوحدات هي بكسل × بكسل × ارتفاع) إلى متر مكعب (متر مكعب) بالضرب في الحجم المقابل لبكسل واحد بالمتر وعامل ارتفاع الخط قيد الاختبار ، بما في ذلك ارتفاع طبقة التغليف.
  ملاحظة: في هذا العمل ، كل بكسل هو 0.05 ميكرومتر × 0.05 ميكرومتر. يمكن قياس ارتفاع الخط قيد الاختبار ، بما في ذلك ارتفاع طبقة التغليف للتحويل بالمتر المكعب ، بأي تقنية قياس مناسبة.
38. احفظ الحجم وظروف القياس (طول الخط قيد الاختبار ، وكثافة التيار ، ودرجة الحرارة ، ووقت الضغط الحالي) كنقطة بيانات واحدة.
  ملاحظة: من الممكن إيقاف التجربة مؤقتا في هذه المرحلة.
احصل على المزيد من نقاط البيانات باتباع الخطوة 2.2. بالنسبة للخطوط قيد الاختبار مع اختلاف الأطوال عن الأطوال المستخدمة من قبل حتى توجد ثلاث نقاط بيانات على الأقل مع اختلاف الحجم الكهربائي عن الصفر. بدلا من ذلك ، احصل على المزيد من نقاط البيانات باتباع الخطوة 2.2 للخطوط ذات الطول نفسه وتغيير كثافة التيار قليلا.
للحصول على الطول الحرج للمادة ذات الأهمية وظروف القياس ، قم بعمل رسم بياني يحتوي على ثلاث نقاط بيانات على الأقل - غير موجودة على المحور x أو المحور y - مع الحجم الكهربائي المهاجر على المحور y والطول أو كثافة التيار باستخدام المعلمة ذات القيم المتنوعة على المحور x.
حدد الخط الأنسب للبيانات مع وجود خط الأنسب الذي يحتوي على أقل من نقطتي اعتراض مع المحور x. احصل على تقاطع الخط الخطي الأنسب لنقاط البيانات ذات الأحجام الصغيرة مع المحور x. هذا التقاطع هو إما l أو j ل (Ij) _c و (Ij) _c حسب بضرب قيمة الاعتراض بكثافة التيار أو الطول المستخدم في التجربة ، على التوالي.
ملاحظة: اعتمادا على ظروف الإجهاد والأطوال والمواد التي تم فحصها ، يمكن أن يكون الخط الأنسب خطيا قريبا من الاعتراض أو أسيا إذا كانت ظروف الإجهاد مثل كثافة التيار أو الطول أعلى.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوضح الشكل 1 التخطيطي لهندسة هيكل الاختبار ، ويوضح الشكل 2 التخطيطي لسير عمل القياسات اللازمة للحصول على نقطة بيانات واحدة. للتحقيق في تأثير الطول ووجود والقيمة الرقمية لطول الخط قيد الاختبار اللازم لبداية الهجرة الكهربائية ، تم استخدام البروتوكول المذكور أعلاه للحصول على بيانات لخطوط متعددة قيد الاختبار بأطوال مختلفة (على سبيل المثال ، 120 ميكرومتر و 540 ميكرومتر و 680 ميكرومتر) مصنوعة من مبيد الموليبدينوم ومغلفة بطبقة من أكسيد السيليكون عالي الحرارة. تم تصنيع جميع الخطوط قيد الاختبار بنفس الطريقة وتم الضغط عليها لنفس الوقت وهو 7 دقائق في ظل ظروف الهواء المحيط في درجة حرارة الغرفة (23 درجة مئوية) بتيار ثابت دون تضييق الخط قيد الاختبار أثناء الإجهاد ، مما أدى إلى كثافة تيار ثابتة تبلغ 2.26 × 10¹⁰ A /^{m 2} ، 3.25 × 10¹⁰ A / m² أو 3.44 × 10¹⁰ A / m².

في هياكل الاختبار المستخدمة (خطوط MoSi₂ المغلفة) أظهرت فقط منطقة التلامس ل MoSi₂ للألمنيوم تغيرات في الحجم. أظهرت التجارب السابقة عدم وجود نتوءات من أي نوع من خلال التغليف.

كانت الأحجام الجانبية لجميع التلال التي تم تقييمها بهذه الطريقة أعلى من حجم 200 نانومتر ، أعلى بكثير من الدقة الجانبية لمجهر المسح بالليزر.

V = const.lwh

يمكن تقدير الحد الأقصى من عدم اليقين في الحجم المقاس من خلال قانون انتشار التباين.

figure-results-1

مع l هو الطول ، w العرض ، و h الارتفاع. مع عدم اليقين في القياس للأبعاد الفردية Δl = 50 نانومتر ، Δw = 50 نانومتر ، و Δh = 12 نانومتر. تؤخذ أوجه عدم اليقين في الطول والعرض على أنها أبعاد بكسل واحد. تم قياس عدم اليقين في ارتفاع Δh = 12 نانومتر عبر SEM على أصغر تل يمكن اكتشافه عبر مجهر المسح بالليزر وهو يتوافق مع عدم اليقين الذي ذكرته الشركة المصنعة.

عادة ما يكون ارتفاع التلال (كما هو موضح في الشكل 3) في حدود 190 نانومتر. أصغر التلال التي يمكن اكتشافها بشكل صحيح لها ارتفاعات في حدود 34 نانومتر. عادة ما تكون الأطوال والعرض في حدود 1 ميكرومتر لمعظم التلال ، كما هو موضح في الشكل 3.

هذا يتسبب في عدم اليقين في تل واحد بحجم تل نموذجي

figure-results-2 = 16٪

ولكي يكون التل الصغير

figure-results-3 = 45٪.

باستخدام الطريقة الموضحة في هذا البروتوكول ، يتم جمع الحجم للعديد من التلال. القيم النموذجية لكمية التلال المجمعة في عينة واحدة هي حوالي 9 كما هو موضح في الشكل 3.

هذا يتسبب في عدم اليقين:

figure-results-4

إذا كانت التلال متوسطة الحجم فقط موجودة في العينة

figure-results-5

إذا كانت جميع التلال الموجودة في العينة صغيرة للغاية.

في الواقع ، توجد تلال صغيرة وذات حجم نموذجي في العينات ، وتختلف كمية التلال قليلا بين العينات مما يتسبب في عدم اليقين بين 5٪ و 15٪ اعتمادا على الأحجام الدقيقة وأعداد التلال.

كما يتضح من النتائج التمثيلية الموضحة في هذا العمل ، تزداد قيمة الحجم الكهربائي مع زيادة طول الخط قيد الاختبار. يزداد الحجم الكهربائي أيضا إذا تم استخدام ظروف إجهاد أقوى ، على سبيل المثال ، تم استخدام قيم أعلى من كثافة التيار.

إذا كانت جميع بيانات الحجم المستقلة عن طول الخط قيد الاختبار تساوي صفرا ، فستكون هناك حاجة إلى ظروف إجهاد أقوى (على سبيل المثال ، درجات حرارة أعلى ، أو وقت إجهاد أطول ، أو كثافة تيار أعلى ، أو مزيج من هذه) لبداية الهجرة الكهربائية. يجب استخدام ظروف الإجهاد الأقوى في مزيد من التجارب.

يوضح الشكل 3 منطقة اهتمام قبل الضغط الحالي على الجانب الأيسر وبعد الضغط الحالي في المنتصف. يسلط الجانب الأيمن من الشكل 3 الضوء على التلال بعد الضغط الحالي. يوضح الشكل 3 تشكلت تلال جديدة ونمو النتوءات كان موجودا قبل الضغط الحالي.

يوضح الشكل 4 النتائج الناجحة لزيادة الحجم الكهربائي المنتقل مع زيادة الطول ، بما في ذلك خط أسي من أفضل ملاءمة ، بما في ذلك جميع نقاط البيانات. يوضح الشكل 4 أيضا نتائج الأطوال الأقصر المستخدمة لتحديد اعتراض الخط الخطي الأكثر ملاءمة للمحور x.

يوضح الشكل 5 البيانات الناجحة للحجم الكهربائي المتزايد مع زيادة كثافة التيار مع الحفاظ على الطول ثابتا عند 120 ميكرومتر وتباينت كثافة التيار في النطاق الذي لوحظ فيه بداية الهجرة الكهربائية في التجارب السابقة. يوضح الشكل 5 أيضا تأثير تغليف أكسيد السيليكون عالي الحرارة. ينتج عن سمكتين مختلفتين من أكسيد السيليكون عالي الحرارة (الدوائر المملوءة: 60 نانومتر ، الدوائر غير المملوءة: 20 نانومتر) قيمتين مختلفتين لبداية الهجرة الكهربائية فيما يتعلق بالكثافة الحالية. يحدث هذا بسبب الضغط الميكانيكي للطبقات المغلفة.

يوضح الشكل 6 البيانات التي قد يكون من المناسب استخدامها للحصول على تقدير أولي لمعلمات الهجرة الكهربائية في المادة. للحصول على نتائج أفضل ، يجب الحصول على المزيد من البيانات بأطوال تتراوح بين 150 ميكرومتر حتى 500 ميكرومتر.

يوضح الشكل 7 البيانات دون المستوى الأمثل ، والتي تتطلب اختبار الخطوط قيد الاختبار بأطوال تتراوح بين 120 ميكرومتر و 260 ميكرومتر حيث قد تكون هناك أطوال أعلى من 120 ميكرومتر لها أيضا حجم كهربائي يبلغ 0. إذا كان هناك انخفاض في الحجم مع زيادة طول هيكل الاختبار ، فإن بعض البيانات غير صحيحة. على الأرجح بسبب أخطاء في تقييم الحجم ، مثل الأخطاء في تحديد مقياس الارتفاع أو الأخطاء في العثور على حافة التلال. إذا كانت هذه هي الحالة ، فيمكن استخدام إلقاء نظرة أخرى على تقييم الصورة المعنية وإعادة التقييم للوصول إلى جوهر المشكلة.

يمكن أن تكون البيانات الخاطئة أيضا بسبب عدم ترك هيكل الاختبار يبرد إلى درجة حرارة الغرفة للفحص الثاني. يعد فحص نفس المنطقة مرة أخرى واستخدام الفحص الجديد للتقييم هو الخيار الوحيد لمعالجة المشكلة. إذا استمرت هذه المشكلة بعد إعادة تقييم الفحص وإعادة إعادته ، فمن المحتمل ألا تكون ناتجة عن خطأ في التقييم ويمكن أن تكون تأثيرا حقيقيا للمادة المستخدمة.

بالنسبة للأطوال التي تزيد قليلا عن الطول الحرج ، يمكن تقريب الخط الأنسب بخط مستقيم. إذا أصبح طول الخطوط قيد الاختبار أطول ، تصبح الطبيعة الأسية للخط الأنسب مرئية.

تم تحديد الاعتراض مع المحور x إلى 33.33 ميكرومتر للإجهاد بكثافة تيار تبلغ 3.25 ×^{10 10} A /^m2 مما ينتج عنه (Ij) _c = 1.08 × 10⁶ A / m.

من بيانات الشكل 5 ، تم تحديد الاعتراض إلى 3.49 × 10¹⁰ A /^{m 2} و 3.6 × 10¹⁰ A / m². وبما أن طول الخط قيد الاختبار هو 120 ميكرومتر، فإن هذه القيم تساوي 4.19 × 10⁶ A/m و4.2 × 10¹⁰ A/m.

ينشأ التناقض في الناتج الحرج المقاس من زيادة التسخين الذاتي للخطوط قيد الاختبار مع زيادة في كثافة التيار. عادة ما تزداد درجة حرارة الخطوط قيد الاختبار مع زيادة كثافة التيار. تم تحديد درجات حرارة الخطوط قيد الاختبار بطول 120 ميكرومتر مجهد لمدة 7 دقائق عن طريق قياس المقاومة الكهربائية للكثافات الحالية 2.65 × 10¹⁰ أمبير/^{م 2} و3.24 × 10¹⁰ أمبير/^{م 2} و3.53 × 10¹⁰ أمبير/^م2 و3.85 × 10¹⁰ أمبير/^م2 لتكون 158 درجة مئوية، 202 درجة مئوية و 257 درجة مئوية و 320 درجة مئوية على التوالي. تم عرض اعتماد المنتج الحرج على درجة الحرارة وعوامل أخرى قبل¹¹.

figure-results-6
الشكل 1: تخطيطي لهندسة هيكل الاختبار مناسب للتحقيقات في معلمات الهجرة الكهربائية عبر مجهر المسح بالليزر. الصندوق الذهبي هو الخط قيد الاختبار (في هذا العمل مصنوع من MoSi₂) ، والصناديق الفضية هي الإمدادات الكهربائية (في هذا العمل مصنوعة من الألومنيوم) ، وتظهر وسادات التلامس على شكل أكوام من الصناديق الفضية في منطقة أسلاك السندات (رمادي غامق). تشير الأكوام إلى أن وسادات التلامس لها سماكة طبقة أعلى من الإمدادات الكهربائية. الصناديق الفضية الصغيرة على جانبي الخط قيد الاختبار هي مناطق التلامس الكهربائي للإمداد الكهربائي والخط قيد الاختبار. من المفترض أن ترمز الحافة الداكنة إلى هذه المنطقة ذات الارتفاع المنخفض بسبب فتح الطبقة المغلفة في هذا الجزء لتمكين الاتصال الكهربائي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الشكل 2: تخطيطي لسير عمل القياسات اللازمة للحصول على نقطة بيانات واحدة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-8
الشكل 3: مقارنة منطقة الاهتمام قبل وبعد الضغط الحالي. مقارنة المنطقة التي تثير اهتمامها (في هذا العمل ، التلامس الكهربائي للألمنيوم مع الخط قيد الإختبار) قبل الإجهاد الحالي (الجانب الأيسر) وبعد الإجهاد الحالي (الوسط) مع التلال الناتجة عن الهجرة الكهربائية التي تم تمييزها على الجانب الأيمن . الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9
الشكل 4: النتائج الناجحة للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس في جانب الكاثود اعتمادا على طول الخط قيد الاختبار لخطوط MoSi₂ . البيانات التمثيلية (النتائج الناجحة) للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس لجانب الكاثود اعتمادا على طول الخط قيد الاختبار لخطوط MoSi₂ المغلفة بأكسيد السيليكون عالي الحرارة 60 نانومتر، الإجهاد في ظل ظروف الهواء المحيط لمدة 7 دقائق بكثافة تيار قدرها 3.25 ×^{10 10} A/^m2. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10
الشكل 5: النتائج الناجحة للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس في جانب الكاثود اعتمادا على الكثافة الحالية للخطوط المغلفة قيد الاختبار المصنوعة من MoSi₂. البيانات التمثيلية (النتائج الناجحة) للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس في جانب الكاثود اعتمادا على الكثافة الحالية للخطوط المغلفة قيد الاختبار المصنوعة من MoSi₂ أثناء الضغط عليها في ظروف الهواء المحيطة لمدة 7 دقائق. تظهر الدوائر المملوءة بيانات خطوط MoSi₂ قيد الاختبار مغلفة بأكسيد السيليكون عالي الحرارة 60 نانومتر. تظهر الدوائر غير المعبأة بيانات خطوط MoSi₂ قيد الاختبار مغلفة بأكسيد السيليكون عالي الحرارة 20 نانومتر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11
الشكل 6: بيانات صالحة. البيانات التمثيلية (البيانات جيدة للاستخدام) للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس لجانب الكاثود اعتمادا على طول الخط قيد الاختبار لخطوط MoSi₂ المغلفة بأكسيد السيليكون عالي الحرارة 60 نانومتر ، والإجهاد في ظل ظروف الهواء المحيطة لمدة 7 دقائق بكثافة تيار 2.56 ×^{10 10} أمبير /^{م 2}. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-12
الشكل 7: البيانات دون المستوى الأمثل. البيانات التمثيلية (البيانات دون المستوى الأمثل) للحجم الكهربائي المهاجر لمناطق التلامس لجانب الكاثود اعتمادا على طول الخط قيد الاختبار لخطوط MoSi₂ المغلفة بأكسيد السيليكون عالي الحرارة 20 نانومتر ، يتم الضغط عليه في ظل ظروف الهواء المحيط لمدة 7 دقائق بكثافة تيار تبلغ 3.44 ×^{10 10} A /^{m 2}. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ملف الترميز التكميلي 1: Laserscan_1.vi. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن استخدام البروتوكول الموضح هنا للحصول على بيانات حول الحجم الكهربائي للمواد الموصلة للكهرباء بشكل قوي ومتكرر. يجب أن تفي المواد والمعدات المتاحة بمعايير معينة ، كما هو مذكور أعلاه في خطوات البروتوكول أو في "NOTESs" حتى تتمكن من استخدام هذه الطريقة لتقييم الهجرة الكهربائية.

تتأكد الأجزاء الهامة من البروتوكول من تبريد العينة إلى درجة حرارة الغرفة للقياس بعد الضغط الحالي. سيؤدي عدم التبريد إلى درجة حرارة الغرفة إلى حدوث أخطاء في فحص السطح بسبب تغير درجة الحرارة أثناء الفحص وسيعطي سطحا محددا خاطئا ، وبالتالي ، تحديد خاطئ للحجم.

جزء مهم آخر هو اختيار الخلفية والارتفاع المناسبين للخط قيد الاختبار لتحديد عامل الارتفاع في برنامج التقييم. إذا تم ذلك بشكل غير صحيح ، فسيكون مستوى الصوت خاطئا. تقوم الأجزاء الهامة الأخرى بقياس ثلاث عينات على الأقل تعطي قيما للحجم تختلف عن الصفر.

إذا كانت بيانات الفحص بعد الضغط الحالي لا تبدو جيدة ولم يتم ملاحظتها قبل إجراء التقييم ، فمن الممكن المسح مرة أخرى باستخدام نفس المعلمات الموجودة في الفحص الأول. إذا أصبح ذلك ضروريا ، فتأكد من أن تكون قادرا على تجنب قلب العينة إما عن طريق محاذاة العينة تحت مجهر المسح الضوئي بالليزر بنفس الطريقة السابقة أو عن طريق تصحيح ذلك عبر البرنامج. للحصول على طرق أخرى لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها ، ألق نظرة على الملاحظات.

تتضمن تعديلات الطريقة استخدام مرحلة تسخين للعينة على غرار الطرق التجريبية الأخرى التي تستخدم مرحلة^{التسخين 11} ، وإخراج العينة من حامل العينة للضغط في ظل ظروف مختلفة مثل درجات الحرارة المرتفعة في الفرن أو غيرها من الوسائط المحيطة (السوائل أو الغازات) والتي لا يمكن إجراؤها أثناء وجود العينة تحت مجهر المسح بالليزر.

تتيح القياسات في ظل ظروف مختلفة ، على سبيل المثال ، درجات الحرارة ، استخدام هذه الطريقة لتحديد الحجم المراد استخدامه لحساب معلمات الهجرة الكهربائية الأخرى مثل الشحنة الأيونية الفعالة أو طاقة التنشيط. تستخدم حسابات الشحنة الأيونية الفعالة الحجم المهاجر كهربائيا كنقطة بداية. وسائل تحديد الحجم ليست مهمة للحساب. يتم إجراء الحسابات بنفس طريقة تحديد الشحنة الأيونية الفعالة باستخدام الأحجام المهاجرة كهربائيا المقاسة عبر SEM²^،³^،⁴.

كما هو مذكور في المعادلات السابقة ، يعتمد الحجم الكهربائي المهاجر على الانتشار. يعتمد الانتشار أضعافيا مضاعفة على طاقة التنشيط لعملية معينة¹². يتيح ذلك استخدام مخطط Arrhenius للحصول على طاقة التنشيط من المنحدر الخطي. يمكن أيضا استخدام الطريقة لتحديد تغيرات الحجم في هياكل Blech وحساب سرعة الانجراف بنفس الطريقة الموضحة للأحجام المحددة عبر SEM¹¹.

لا يمكن استخدام هذه الطريقة إلا إذا كانت التلال أو الفراغات متاحة للمسح الضوئي بالليزر للسطح. هذا يجعل الطريقة غير مناسبة لتقييم تغيير الحجم الناجم عن الفراغات المغمورة. مجهر المسح بالليزر أقل حساسية للتغيرات في الحجم من أصغر التغييرات التي يمكن اكتشافها عبر SEM و TEM. إذا كان الحجم الكهربائي المهاجر صغيرا جدا ، فلن يعطي استخدام مجهر المسح بالليزر أي نتائج مفيدة.

بالمقارنة مع التحقيقات باستخدام SEM أو TEM ، من الأسهل تضمين مرحلة تسخين في إعداد مجهر المسح بالليزر لأنه يجب أن تكون عادة حسب الطلب⁷^،¹¹^،¹³^،¹⁴.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تمويل هذا البحث من قبل "الوزارة الاتحادية الألمانية للشؤون الاقتصادية والعمل المناخي" في مشروع "EMIR" رمز تمويل 49MF190017.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
المصدر الحالي / 2602B مقياس مصدر النظام	Keithley	2602B	يمكن استخدام أي نوع من المصادر الحالية.
مدير حزمة JKI VI	NI	781838-35	https://www.ni.com/de-de/shop/product/jki-vi-package-manager.html? srsltid = AfmBOorzYPY4B8 hlGIUIYl3PJoBwb8o8PeV MsBfM9YcFasnBIhEWwBpd
Labview 2024 Q1 Full	NI	784522-35	خيار برنامج التقييم (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)
Labview 2024 Q1 Pro	NI	784584-35	خيار برنامج التقييم (https://www.ni.com/de-de/shop/product/labview.html?partNumber=784522-35)
منظار المسح الضوئي بالليزر سلسلة VK-X200	لم يعد Keyence		VK-X200 متاحا للشراء. الخيار المتاح VK-X3100. مجهر المسح بالليزر بطول موجي 408 نانومتر.
وحدة تطوير الرؤية NI	NI	788427-35	https://www.ni.com/de-de/shop/product/vision-development-module.html?srsltid=AfmBOoq2S8kYVmV1CK6 xSovMHTELtQHE2neD oM2RrEnibd2AuyzkWvuS
عدسة موضوعية ، CF Plan Apo 150x / 0.95 ؛ &infin ؛ / 0 EPI ؛ OFN25 WD 0.2	نيكون	BZ10123016
https://spwindustrial.com/nikon-cf-plan-apo-150x-0-95-0-wd-0-2mm-epi-objective/ VK Analyse-Modul الإصدار 3.3.0.0	Keyence		Analytics المدعوم بمجهر المسح بالليزر. لم يعد متاحا للشراء. يستخدم مجهر المسح بالليزر الجديد برامج أحدث.
VK Viewer الإصدار 2.2.0.0	Keyence		Measurement المدعوم بمجهر المسح بالليزر. لم يعد متاحا للشراء. يستخدم مجهر المسح بالليزر الجديد برامج أحدث.

برنامج برنامج

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Inverse blech length phenomenon in thin-film stripes. Phys Rev Appl. 10 (5), 054052(2018).">Somaiah, N., Kumar, P. Inverse blech length phenomenon in thin-film stripes. Phys Rev Appl. 10 (5), 054052(2018).
Electromigration in eutectic SnPb solder lines. J Appl Phys. 89 (8), 4332-4335 (2001).">Huynh, Q. T., Liu, C. Y., Chen, C., Tu, K. N. Electromigration in eutectic SnPb solder lines. J Appl Phys. 89 (8), 4332-4335 (2001).
Electromigration of eutectic SnPb solder interconnects for flip chip technology. J Appl Phys. 89 (6), 3189-3193 (2001).">Lee, T. Y., Tu, K. N., Kuo, S. M., Frear, D. R. Electromigration of eutectic SnPb solder interconnects for flip chip technology. J Appl Phys. 89 (6), 3189-3193 (2001).
Electromigration of eutectic SnPb and SnAg3.8Cu0.7 flip chip solder bumps and under-bump metallization. J Appl Phys. 90 (9), 4502-4508 (2001).">Lee, T. Y., Tu, K. N., Frear, D. R. Electromigration of eutectic SnPb and SnAg3.8Cu0.7 flip chip solder bumps and under-bump metallization. J Appl Phys. 90 (9), 4502-4508 (2001).
Real-time study of electromigration in Sn blech structure. Appl Surf Sci. 388, 339-344 (2016).">Ho, C. E., Hsieh, W. Z., Yang, C. H., Lee, P. T. Real-time study of electromigration in Sn blech structure. Appl Surf Sci. 388, 339-344 (2016).
Study of electromigration-induced formation of discrete voids in flipchip solder joints by in-situ 3D laminography observation and finite element modeling. Acta Mater. 117, 100-110 (2016).">Chang, Y. W., et al. Study of electromigration-induced formation of discrete voids in flipchip solder joints by in-situ 3D laminography observation and finite element modeling. Acta Mater. 117, 100-110 (2016).
In situ scanning electron microscopy observation of the dynamic behavior of electromigration voids in passivated aluminum lines. J Appl Phys. 72 (8), 3792-3797 (1992).">Besser, P. R., Madden, M. C., Flinn, P. A. In situ scanning electron microscopy observation of the dynamic behavior of electromigration voids in passivated aluminum lines. J Appl Phys. 72 (8), 3792-3797 (1992).
Void nucleation on intentionally added defects in Al interconnects. Appl Phys Lett. 75 (5), 633-635 (1999).">Doan, J. C., Lee, S. -H., Bravman, J. C., Flinn, P. A., Marieb, T. N. Void nucleation on intentionally added defects in Al interconnects. Appl Phys Lett. 75 (5), 633-635 (1999).
Electromigration in bi-crystal pure Sn solder joints: elucidating the role of grain orientation. J Alloys Compd. 818, 152918(2020).">Kelly, M. B., Niverty, S., Chawla, N. Electromigration in bi-crystal pure Sn solder joints: elucidating the role of grain orientation. J Alloys Compd. 818, 152918(2020).
Influences of the microstructure on the drift velocity of electromigrating aluminum through molybdenum disilicide thin films. Schädel, M., Baldauf, J. SMSI 2021 Conference - Sensor and Measurement Science International, , (2021).
Factors Influencing the Critical Product in Electromigration. , University of Stuttgart, Stuttgart. (2000).">Straub, A. Factors Influencing the Critical Product in Electromigration. , University of Stuttgart, Stuttgart. (2000).
Electromigration in thin-film interconnection lines: models, methods and results. Mater Sci Rep. 7 (4-5), 143-220 (1991).">Scorzoni, A., Neri, B., Caprile, C., Fantini, F. Electromigration in thin-film interconnection lines: models, methods and results. Mater Sci Rep. 7 (4-5), 143-220 (1991).
Hot-stage scanning electron microscope for high-temperature in-situ oxidation studies. Oxid Met. 15 (5/6), 471-483 (1981).">Verma, S. K., Raynaud, G. M., Rapp, R. A. Hot-stage scanning electron microscope for high-temperature in-situ oxidation studies. Oxid Met. 15 (5/6), 471-483 (1981).
An investigation into experimental in situ scanning electron microscope (SEM) imaging at high temperature. Rev Sci Instrum. 91 (6), 063702-063814 (2020).">Heard, R., Huber, J. E., Siviour, C., Edwards, G., WilliamsonBrown, E., Dragnevski, K. An investigation into experimental in situ scanning electron microscope (SEM) imaging at high temperature. Rev Sci Instrum. 91 (6), 063702-063814 (2020).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر لتحديد الهجرة الكهربائية في مبيد الموليبدينوم

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles