【摘要】：瞬態(tài)電子是近年來新生的一種電子技術(shù),是指具有特定功能的電路或者器件在完成指定功能后能夠接受外界觸發(fā)信號后其功能或者物理形態(tài)在短時(shí)間內(nèi)自行消失或者破壞。瞬態(tài)電子應(yīng)用面廣泛,涉及到信息安全型、環(huán)境友好型、可植入式等電子設(shè)備。對于信息安全型電子設(shè)備方面,目前的瞬態(tài)電子技術(shù)主要利用新型材料和工藝實(shí)現(xiàn)可降解的電子器件或者電路,然而這種技術(shù)方案難以在傳統(tǒng)硅基集成電路上實(shí)現(xiàn)。另外也有利用腐蝕性化學(xué)試劑或者含能劑等材料制作的瞬態(tài)芯片,但是它們一方面不可避免地存在安全隱患,另一方面制造工藝與傳統(tǒng)工藝有較大偏差。針對以上問題,本文通過理論分析、仿真計(jì)算、實(shí)驗(yàn)論證,研究了一種新型的硅基瞬態(tài)器件及其工藝實(shí)現(xiàn),主要研究內(nèi)容有:首先,單晶硅的實(shí)際強(qiáng)度極限因?yàn)槲⒘鸭y或者位錯(cuò)等原因遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度,且其極限強(qiáng)度跟硅片的實(shí)際尺寸、形貌等有很大的關(guān)系,我們通過三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)測試了不同尺寸硅片的抗彎強(qiáng)度,并通過ABAQUS仿真分析了硅片表面刻蝕溝槽對應(yīng)力集中的影響,基于擴(kuò)展有限元對硅片進(jìn)行了裂紋擴(kuò)展仿真。接著,分析了已有的應(yīng)力引入方式及這些方式的應(yīng)力產(chǎn)生原理,通過計(jì)算和ABAQUS仿真論證了通過在硅片表面覆蓋薄膜的方式引入應(yīng)力的局限性,提出通過在硅片表面刻蝕溝槽并在溝槽中填充熱膨脹劑的方式引入應(yīng)力。通過COMSOL仿真分析比較了鋁、鋅、銅三種金屬在不同溫度下所能引入的應(yīng)力大小,提出在溝槽邊緣增加V形尖角結(jié)構(gòu)引入應(yīng)力集中和應(yīng)力疊加點(diǎn),COMSOL仿真分析表明,在250℃時(shí),當(dāng)填充金屬為銅時(shí),在硅片中靠近金屬部位引入超過300MPa的平均應(yīng)力,在應(yīng)力集中和應(yīng)力疊加處引入超過1.5GPa的應(yīng)力;當(dāng)填充金屬為鋅時(shí)這種結(jié)構(gòu)可以在硅片中靠近金屬部位引入超過500MPa的平均應(yīng)力,在應(yīng)力集中和應(yīng)力疊加處引入超過2GPa的應(yīng)力。最后,設(shè)計(jì)了幾種硅片刻蝕方案并交付第三方加工完成,通過電鍍的方式填充金屬,研究了在深槽內(nèi)電鍍填充金屬銅的工藝實(shí)現(xiàn)方案,完成了硅基瞬態(tài)器件的工藝實(shí)現(xiàn)。上電測試表明該器件觸發(fā)后能夠?qū)崿F(xiàn)硅片的物理性斷裂。
【圖文】：

(c)圖 1-1 可水解瞬態(tài)電子器件結(jié)構(gòu)示意圖。(a)制作在柔性襯底上的集成電子器件的示意圖，器件包括晶體管、二極管、電感、電容、電阻、互連線等；(b)器件的部件分解圖和俯視圖；(c)器件在去離子水中的水解過程2013 年，Niladri Banerjee, Yan Xie 等人報(bào)道了一種腐蝕液摧毀芯片的方法-2 所示，該方法將腐蝕液包裹于聚合物薄膜中并將它制作在芯片上方，觸，加熱電路產(chǎn)生熱量融化聚合物薄膜，腐蝕液滲入到芯片工作區(qū)并在幾毀芯片[4]。

(a) (b)(c)圖 1-1 可水解瞬態(tài)電子器件結(jié)構(gòu)示意圖。(a)制作在柔性襯底上的集成電子器件的示意圖，，器件包括晶體管、二極管、電感、電容、電阻、互連線等；(b)器件的部件分解圖和俯視圖；(c)器件在去離子水中的水解過程2013 年，Niladri Banerjee, Yan Xie 等人報(bào)道了一種腐蝕液摧毀芯片的方法-2 所示，該方法將腐蝕液包裹于聚合物薄膜中并將它制作在芯片上方，觸，加熱電路產(chǎn)生熱量融化聚合物薄膜，腐蝕液滲入到芯片工作區(qū)并在幾毀芯片[4]。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN305

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2569058