Vermoeiing silicium blijkt toch mogelijk

Onderzoekers van het NIST hebben aangetoond dat kristallijn silicium wel degelijk vatbaar is voor vermoeiing, in tegenstelling tot wat vooralsnog werd aangenomen. De stof blijkt na bepaalde proeven scheuren te vertonen op een relatief grote schaal van honderden micrometers.

Beschadigd silicium na (a) 1,000 test cycli (b) 5,000 (c) 20,000 en (d) 85,000 cycli.

Van silicium worden halfgeleiders gemaakt door het kristalrooster te verontreinigen (doteren) met elementen uit naburige groepen, zoals aluminium en fosfor. Deze halfgeleiders zijn essentiële onderdelen van microchips, die onder andere in hardware gebruikt worden. Het element is dan ook van groot industrieel belang en wordt al decennia intensief onderzocht.

Polykristallijn silicium waaruit halfgeleiders worden gemaakt

De kristallen worden vrijwel niet aangetast door conventionele stress tests, waarbij een kleine inkerving wordt gemaakt en aan de uiteinden wordt getrokken. Deze tests blijken echter niet representatief voor de stress die halfgeleiders bij praktische toepassingen ondervinden. De onderzoekers hebben daarom een alternatieve testmethode ontwikkeld, waarbij kristallen onder verlaagde druk worden ingedrukt met wolfraamcarbide-deeltjes. Hierbij zou shear stress optreden, wat niet het geval is bij de conventionele tests.

Het team van NIST heeft niet alleen aangetoond dat silicium beschadigd kan worden, maar ook dat dat waarschijnlijk mechanische (niet-chemische) moeheid is. Nu moet onderzocht worden in hoeverre dezelfde principes van toepassing zijn op kleinere schaal (< 1μm) zodat het ontwerp van microdevices verbeterd kan worden. 

Plaats op NuJij Plaats op eKudos