Computer simulation of electromigration induced void-grain boundary interactions and the prediction of cathode failure times in bamboo structures
Elektrogöç'e bağlı boşluk-tanecik sınırı etkileşimlerinin bilgisayar modellemesi ve bambu yapılardaki katot bozulma zamanlarının tahmini
- Tez No: 143618
- Danışmanlar: PROF. DR. TARIK OĞURTANI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Electromigration, surface diffusion, metallization, void morphology, bamboo-lines, grain boundary, texture, median time to failure
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 274
Özet
Bu çalışmanın amacı; mikro-elektronik devrelerdeki metalik ince filmlerin bozulma nedenlerinin ve yaşam sürelerinin tahminini sağlamak için gerekli olan boşluk dinamiği, boşlukların şekil değişiklikleri ve boşluk ile tane sınırları arasındaki etkileşimlerin ayrıntılı bir şekilde incelenmesidir. Yüzeyler ve/veya arayüzeyler içeren çok bileşenli sistemler için, içsel entropi üretimi ve entropi akma hızı terimleri, sınırlı mikroelemanlar topluluğu kavramı kullanılarak geliştirilmiştir. Üçlü kavşaklar ve sıradan noktaların hareketleri ile bağlantılı olarak genelleştirilmiş kuvvetler ve bunlara bağlı akılar elde edilmiştir. Bu yaklaşım, boyutsuzlaştırılmış yerel eğriliğe ek olarak yerel Gibbs dönüşüm serbest enerjisini de göz önüne alarak esas faz ile boşluk arasındaki madde transferini de doğal bir şekilde açıklamaktadır. Tane sınırlan ile etkileşim halindeki boşluklar ile ilgili olarak eğimli yüzey ve arayüzeylerin dinamiğini tarif eden, iyi tavırlı hareketli sınır değer problemi elde edilmiştir. Laplace denklemi dolaylı sınır elemanı yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Elde edilen doğrusal olmayan kısmi diferansiyel denklem sayısal olarak Euler'in belirli fark yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Bu teorinin özel bir uygulaması olarak, uygulanan elektrik alan, ıslatma parametresi, metalik ara-bağlantıların kalınlığı, başlangıç boşluk morfolojisi ve tane yapısı gibi farklı deney değişkenleri kullanılarak, boşluğun tane içi ve taneler arası hareketi ve şekil değişiklikleri ile ilgili çok zengin bilgisayar simülasyon sonuçları elde edilmiştir. Ayrıca, katot bozulma süreleri için sadece alt ve üst sınırları değil aynı zamanda ortalama süreyi de veren bir dizi formül elde edilmiş ve bunların yayımlanmış deneysel veriler ile mükemmel bir şekilde uyuşmakta olduğu gözlenmiştir. Anahtar Sözcükler : Elektrogöç, yüzey difüzyonu, metalleştirme, boşluk morfolojisi, bambu hatları, tane sınırları, tane yapısı, ortalama bozulma zamanı.
Özet (Çeviri)
The purpose of this work is to provide such a comprehensive picture of void dynamics, shape changes and void grain boundary interactions that one should eventually be able to predict main reasons and conditions under which premature failure of metallic thin film interconnects occurs. By introducing the concept of assembly of discrete microelements a rigorous reformulation of the internal entropy production and the rate of entropy flow terms is developed for the multi-component systems composed of surfaces and/or interfaces. The generalized forces and conjugate fluxes associated with the virtual displacement of a triple junction and the ordinary points are determined. This formalism also takes into account in a natural way the mass transport process between the bulk phase and the void region, in terms of the normalized local values of Gibbs free energy of transformation in addition to the contribution due to local curvature of the advancing reaction front. A well posed moving boundary value problem describing the dynamics of curved interfaces and surfaces associated with voids that are interacting with grain boundaries is obtained. Utilizing indirect boundary element method, the Laplace equation is solved. The resulted nonlinear partial differential equation is solved numerically by Euler's method of finite difference. As a special application of the theory extensive computer simulations are performed on the void configurational evolution during the inter- and intra-granular motion, under the actions of capillary and electromigration forces in thin film interconnects. In this thesis, very rich computer simulation results have been obtained in regard to void motion and shape changes under various experimental conditions such as applied electric field, the wetting parameter, interconnect width, the initial void morphology and finally the grain textures. A set of formulas representing not only the upper and lower bonds for the cathode failure times but also the median time to failure is deduced for the bamboo and/or near-bamboo structures which is in excellent agreement with the published experimental data.
Benzer Tezler
- Investigation of electromigration induced hıllock and edge void dynamics on the interconnect surface by computer simulation
Yüzey tepecik ve boşluklarının elektrogöç nedenli dinamiğinin bilgisayar simülasyonu aracılığı ile araştırılması
AYTAÇ ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK OĞURTANI
- Electromigration-induced trangranular void motion in interconnects with special reference to computer simulation
Ara bağlantı elemanlarında elektrogöç'e bağlı tanecik içi boşluk hareketi ve bilgisayar modellemesi
ERSİN EMRE ÖREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI
- Computer simulation of grain boundary and cathode voiding N bamboo interconnects by surface diffusion under capillary and electromigration forges
Mikro elektronik devrelerdeki bambu benzeri arabağlantı elemanlarında gerçekleşen kapileri ve elektrogöç kuvvetlerinin etkisinde tane sınırı oluklanması ve katot bölgesinde boşluk oluşumu olaylarının bilgisayar modellemesi
ÖNCÜ AKYILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI
- Investigation of electromigration and stress induced surface dynamics on the interconnect by computer simulation
Arabağlantı elemanlarının elektrogöç ve stress nedenli yüzey dinamiğinin bilgisayar simülasyonu aracılığı ile araştırılması
AYTAÇ ÇELİK
Doktora
İngilizce
2011
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
PROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI
- Computer simulation of grain boundary grooving by anisotropic surface drift diffusion due to capillary, electromigration and elastostatic forces
Kapiler, elektrogöç ve elastostatik kuvvetler etkisinde yön bağımlı yüzey sürüklenme difüzyonu ile tane sınırı oluklanmasının bilgisayar benzetimi
ÖNCÜ AKYILDIZ
Doktora
İngilizce
2010
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL