Моделирование процесса пробоя в тонкопленочном материале

Проще всего пробой в диэлектрических тонкопленочных материалах изучать, помещая их между двумя металлическими обкладками цветных размеров, создавая своего рода тонкопленочный конденсатор. Исследуемый конденсатор (рис. 4.1) включается в качестве нагрузки в электрическую цепь. На нагрузке с помощью, например, потенциостата повышается напряжение по линейному закону с наперед заданной скоростью. Последовательно с исследуемым конденсатором включают высокоомный резистор R₁.

Резистор R₁ необходим для того, чтобы гасить микроразряды в диэлектрической пленке, которые не являются причиной пробоя, а, напротив, могут увеличивать электрическую прочность образца. Кроме того, наличие в нагрузке резистора R₁ облегчает режим работы потенциостата после пробоя конденсатора. В электрической схеме испытательного стенда предусмотрено прекращение роста напряжения в момент пробоя. Следовательно, напряжение пробоя может быть зафиксировано оператором. Момент пробоя регистрируется по скачку напряжения на R₁ с помощью высоковольтного вольтметра. Более подробная информация о протекании пробоя, необходимая для выяснения его механизма, может быть получена с помощью осциллографа, включенного параллельно R₁ и регистрирующего микропробои, а также с помощью самописца.

Испытания на пробой относятся к разрушающим испытаниям. Поэтому партия испытуемых конденсаторов является выборкой из партии изготовленных конденсаторов. Результаты испытаний обрабатываются с помощью статистических методов.

Рис. 4.1. Схема исследуемого конденсатора

Конечной целью испытаний является определение величины максимального рабочего напряжения партии конденсаторов, соответствующего заданной надежности.

В настоящей лабораторной работе моделируется процесс измерения напряжения пробоя в четырех партиях пленочных конденсаторов на основе монооксида кремния.

Каждая партия отличается от остальных площадью рабочей поверхности S и/или толщиной пленки диэлектрика h (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Характеристики структур

Каждая партия содержит 25 конденсаторов. Напряжение на конденсаторах поднимается со скоростью 0,5 В/с.