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
- Tez No: 269099
- Danışmanlar: PROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI, PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 275
Özet
Bu çalışmanın amacı, çok kristalli ince film metalik iletkenlerde (ara?bağlantılar) kapiler, elektrogöç ve elastostatik kuvvetler etkisinde yön bağımlı yüzey difüzyonu ile gerçekleşen tane sınırı oluklaşmasını kuramsal yönden ele almak ve meydana gelen olayların anlaşılması için bilgisayar benzetim deneyleri gerçekleştirmektir. Bu amaçla, üçlü kavşak tekillikleri içeren yüzey ve arayüzeylerin dönüşümsüz termo?kinetiği özenle işlenmiş, ortaya çıkan iyi halli hareketli sınır değer problemi ön takip yöntemi ile çözülmüştür. Ara?bağlantıların çalışma esnasında maruz kaldıkları gerinme şartlarının benzetimi problemi iki boyutlu eşyönlü lineer elastisite kuramı kapsamında ele alınmıştır (düzlemsel gerinim). Gerilme destekli difüzyon probleminde ise elastik gerilme enerjisi yoğunluğunun yanı sıra, hareket halindeki kusurlar (mono?boşluklar) ile gerilme alanı arasındaki elastik çift?kutuplu tensörel etkileşimler de hesaba katılmıştır. Elastostatik ve elektrostatik alanlar, sabit ve doğrusal elemanların kullanıldığı, dolaylı sınır eleman yöntemi kullanılarak hesap edilmiştir. Elektrogöç şartlarına maruz bırakılan filmlerde oluk simetrisinin bozulması, eşyönlü yüzey difüzivitesi ile oluk derinliği için bir üst sınırın oluşması, yön bağımlı yüzey difüzivitesi ile sırt/kesik oluşumları ve tüm bu oluşumlarda ıslanma etkeninin oynadığı rol incelenmiştir. Uygulanan çekme gerilmesi ile hızlanan oluklaşma kinetiği, literatürde yer alan tane sınırı oyuk büyümesi modelleri ile karsılaştırmalı olarak incelenmiş, yüksek gerilmelerde tane sınırında difüzif mikro?çatlak oluştuğu görülmüştür. Diğer taraftan, gerilme destekli difüzyonun tanımlanmasında EÇTE'nin kullanılmış olması, baskı gerilmesi altında tane sınırlarında sırt oluşumunun yüzey difüzyonu ile açıklanabilmesine ve dinamik bilgisayar benzetimlerinin yapılabilmesine imkân vermiştir. Bu bağlamda, tepecik büyümesi için kuluçka zamanı ve tane sınırı göçünün enerjik olarak elverişli hale geldiği bir geçiş derinliği tanımlanmıştir.
Özet (Çeviri)
Aim of this study is to develop a theoretical basis and to perform computational experiments for understanding the grain boundary (GB) grooving in polycrystalline thin film metallic conductors (interconnects) by anisotropic surface diffusion due to capillary, electromigration and elastostatic forces. To this end, irreversible thermo?kinetics of surfaces and interfaces with triple junction singularities is elaborated, and the resulting well-posed moving boundary value problem is solved using the front?tracking method. To simulate the strain conditions of the interconnects during service, the problem is addressed within the framework of isotropic linear elasticity in two dimensions (plane strain condition). In the formulation of stress induced surface diffusion, not only the contribution due to elastic strain energy density (ESED) but also that of the elastic dipole tensor interactions (EDTI) between the stress field and the mobile atomic species (monovacancies) is considered. In computation of the elastostatic and electrostatic fields the indirect boundary element method (IBEM) with constant and straight boundary elements is utilized. The destruction of groove symmetry, termination of the groove penetration with isotropic surface diffusivity, ridge/slit formations with anisotropic diffusivity and the role played by the wetting parameter are all identified for electromigration conditions. The kinetics of accelerated groove deepening with an applied tensile stress is examined in connection with GB cavity growth models in the literature and a diffusive micro-crack formation is reported at the groove tip for high stresses. On the other hand, the use of EDTI provided a means to dynamically simulate GB ridges under compressive stress fields with surface diffusion. An incubation time for hillock growth and a crossover depth over which GB migration becomes energetically favorable is defined and discussed in this context.
Benzer Tezler
- 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
- Computer simulation of electromigration in integrated circuits
Entegre devrelerde elektromigrasyon bilgisayar simulasyonu
ÖNDER UYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK ÖMER OĞURTANI
- 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
ERSİN EMRE ÖREN
Doktora
İngilizce
2003
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TARIK OĞURTANI
- Seramiklerin pyroplastik davranışının modellenmesi
Modeling of the pyroplastic behavior of ceramics
ULUĞ KERİM YÜCEL
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YILDIZ
- Etial 160 alaşımının dökümünde makro ve mikro porozite oluşumunun modellenmesi
Modelling of micro and macro porosity formation cast etial 160 alloy
MURAT ÇOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Teknik EğitimSakarya ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN KAYIKCI