Влияние ионно-плазменной обработки на остаточные механические напряжения в тонких поликристаллических пленках металлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бабушкин Артем Сергеевич

• Бабушкин Артем Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Бабушкин Артем Сергеевич

Введение

Глава 1. Напряжения в поликристаллических тонких пленках: проблемы и перспективы

1.1. Остаточные механические напряжения в тонких пленках

1.2. Механизмы возникновения остаточных механических напряжений в поликристаллических тонких пленках

1.2.1. Внутренние напряжения

1.2.2. Внешние напряжения

1.3. Методы борьбы с остаточными механическими напряжениями в тонких пленках

1.4.1. Управление параметрами осаждения пленки

1.4.2. Использование компенсационных слоев

1.4.3. Термический вакуумный отжиг

1.4.4. Ионная бомбардировка

Глава 2. Методы исследования напряжений в тонких пленках

2.1. Поле механических напряжений в пленке

2.2. Методики определения напряжений в пленках

2.3. Методика определения вносимых ионной бомбардировкой механических напряжений и глубины модификации

Глава 3. Влияние ионно-плазменной обработки на механические напряжения в тонких пленках Сг

3.1. Осаждение пленок и изготовление тестовых микромеханических структур

3.2. Условия проведения ионно-плазменных обработок и измерений

3.3. Зависимость профиля напряжений от времени обработки с энергией ионов 30 эВ; определение глубины изменения напряжений

3.4. Изменение градиента напряжений в зависимости от времени обработки, энергии ионов и величины исходного градиента

3.5. Изменение средних напряжений в зависимости от времени обработки и энергии ионов

3.6. Выводы Главы

Глава 4. Исследование методом молекулярной динамики изменения механических напряжений в ходе осаждения поликристаллических пленок ^ и а также их бомбардировки ионами Ar

4.1. МД моделирование осаждения поликристаллических пленок металлов

4.2. Особенности формирования МД модели

4.3. Развитие напряжений и морфологии поверхности в ходе МД моделирования осаждения поликристаллических пленок Сг и Си

4.4. МД моделирование обратимой релаксации сжимающих напряжений в поликристаллических пленках Сг и Си после остановки их осаждения

4.5. Изменение напряжений в ходе МД моделирования бомбардировки поликристаллических пленок Сг и Си ионами Аг

4.6. Выводы Главы

Глава 5. Самосборка трехмерных микроструктур за счет управления внутренними механическими напряжениями в пленках

5.1. Формирование трехмерных микрообъектов с помощью остаточных механических напряжений

5.2. Технология «микрооригами»

5.3. Выводы Главы

Основные результаты и выводы

Список используемых сокращений

95

Список использованных источников

Публикации автора по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние ионно-плазменной обработки на остаточные механические напряжения в тонких поликристаллических пленках металлов»

ВВЕДЕНИЕ

Тонкие пленки металлов имеют широкое применение в оптике, микроэлектронике, микро- и наноэлектромеханических системах, а также в качестве защитных и функциональных покрытий [1]. В процессе осаждения в пленках возникают остаточные механические напряжения, способные оказывать существенное влияние на рабочие характеристики устройств. Это влияние, как правило, является негативным и может приводить к растрескиванию и отслаиванию пленок [2]. Наиболее часто наблюдается деформация структурных элементов, делающая их неработоспособными [3].

Однако наличие остаточных механических напряжений в пленке может иметь и положительный эффект. Растягивающие напряжения в микромостах и мембранах увеличивают их резонансные частоты [4], что важно для таких устройств как сенсоры, переключатели, актюаторы, микрофоны и пр. Также напряжения могут использоваться для самосборки трехмерных микроэлектронных устройств [5]. Как только происходит освобождение основной структуры от крепления к подложке, остаточные напряжения приводят к её выталкиванию в нужное положение и обретению требуемой формы. Кроме того, механические напряжения и создаваемые ими деформации в тонких пленках позволяют управлять электрическими, магнитными, оптическими и другими свойствами материалов [6]. Исследованием этих явлений, а также созданием на их основе нового поколения устройств информационных и сенсорных технологий, занимается такое активно развивающееся направление физики как стрейнтроника [6].

В связи с этим, актуальным является развитие методов управления механическими напряжениями в тонких пленках.

Одним из методов воздействия на механические напряжения является ионная бомбардировка [7-13]. Она может вносить как растягивающие [8,9,13], так и сжимающие напряжения [7,9,12], и поэтому предоставляет широкие возможности по их регулированию. Результат бомбардировки зависит от

множества факторов: температуры подложки [8], структуры пленки [11] и исходного поля напряжений [9]. Одним из ключевых параметров является энергия ионов. Как правило, для воздействия на остаточные напряжения используется энергия порядка 1 кэВ. Бомбардировка ионами с такой энергией может приводить к нежелательным эффектам, таким как распыление материала, увеличение шероховатости поверхности или внедрение ионов в структуру пленки. Диапазон меньших энергий малоизучен, однако бомбардировка ионами с энергией ниже порога распыления, который для большинства металлов имеет значения порядка десятков эВ, позволяет избежать негативных эффектов. Ее можно осуществить в реакторе плотной плазмы ВЧ индукционного разряда низкого давления, который позволяет независимо управлять энергией и плотностью ионного потока [14].

Цели и задачи исследования

Целью работы являлось комплексное исследование влияния ионно-плазменной обработки с энергией ионов Аг ниже порога распыления на остаточные механические напряжения в тонких поликристаллических пленках металлов. Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1. Разработать методику позволяющую определить локализацию изменения механических напряжений в тонкой пленке в ходе ионно-плазменной обработки.

2. Экспериментально исследовать изменение механических напряжений в тонких пленках & в результате обработок в плазме Ar, определить зависимость результата от энергии ионов и исходных напряжений в пленках.

3. Методом молекулярной динамики провести моделирование осаждения поликристаллических пленок & и ^ и их бомбардировки ионами Ar, определить механизмы, обуславливающие эволюцию напряжений.

4. Продемонстрировать возможность использования ионно-плазменной обработки для формирования трехмерных микроструктур на основе пленок

Научная новизна результатов

1. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность использования ионно-плазменной обработки с энергией ионов Аг ниже порога распыления в диапазоне 15-30 эВ для управления механическими напряжениями в тонких пленках Сг (200-300 нм).

2. Впервые представлена методика, позволяющая оценить не только величину изменения механических напряжений в тонкой пленке в результате ионной бомбардировки, но и глубину, на которой происходит данное изменение.

3. Методом молекулярной динамики впервые показано, что формирование сжимающих напряжений в ходе осаждения поликристаллических пленок Сг и Си, а также в ходе их бомбардировки ионами Аг с энергией 15-30 эВ, обусловлено проникновением адатомов с поверхности в межзеренную границу, а частичная релаксация сжимающих напряжений при остановке процессов обусловлена латеральным перераспределением атомов в межзеренных границах.

4. Впервые продемонстрирована возможность использования ионно-плазменной обработки для формирования трехмерных микроструктур на основе тонких пленок Сг.

Теоретическая и практическая значимость проведенных исследований

Разработанная методика позволяет определять изменение механических напряжений и глубину модификации в пленках в результате ионно-плазменной обработки, и применима также к процессам, не сопровождающимся распылением материала, например, облучения пучками электронов, фотонов и пр. Ионно-плазменная обработка в исследованных режимах позволяет управлять механическими напряжениями в тонких пленках металлов и изгибом МЭМС структур, изготовленных из них.

Полученные методом молекулярной динамики результаты расширяют представления о механизмах, обуславливающих эволюцию механических напряжений в тонких поликристаллических пленках металлов в ходе осаждения и последующей низкоэнергетической ионной бомбардировки.

Методология и методы исследования

Экспериментальные исследования осуществлялись на современных аналитических приборах, обработка результатов велась с помощью теории вероятностей и математической статистики. Моделирование осаждения пленок и их бомбардировки ионами Аг было проведено с использованием свободно распространяемого программного пакета для решения задач молекулярной динамики LAMMPS. Визуализация данных осуществлялась с помощью открытого программного обеспечения для анализа моделей на основе частиц OVITO.

Положения, выносимые на защиту

1. Ионно-плазменная обработка с энергией ионов ниже порога распыления оказывает воздействие на механические напряжения в тонких пленках Сг на глубине, сравнимой с их толщиной. В зависимости от исходного напряженного состояния и условий обработки, она приводит как к выпрямлению балочных структур, изготовленных из этих пленок, так и, наоборот, к увеличению изгиба.

2. Результаты моделирования методом молекулярной динамики показали, что изменение напряжений как при осаждении поликристаллических пленок Сг и Си, так и при их бомбардировке ионами Аг с энергией ниже порога распыления обусловлено одними и теми же механизмами: сжимающие напряжения возникают вследствие проникновения адатомов с поверхности в межзеренную границу, а их частичная релаксация при остановке процессов происходит за счет латерального перераспределения атомов в межзеренных границах.

3. Локальное воздействие ионно-плазменной обработки на напряжения в тонких пленках Сг позволяет осуществлять сборку трехмерных микроструктур.

Апробация результатов исследования

Результаты, полученные в рамках работы над диссертацией, представлялись и обсуждались на следующих научных конференциях:

- II Всероссийская научная молодежная конференция с международным участием «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники»,2-5.12.2014, Уфа.

- III Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку», 22-29.04.2015, Ярославль.

- III Всероссийская научная молодежная конференция с международным участием «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники», 1-4.12.2015, Уфа.

- 3rd International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures "Saint-Petersburg OPEN 2016", 28-30.03.2016, St. Petersburg.

- IV Международная молодежная научно-практическая конференции «Путь в науку», 22-29.04.2016, Ярославль.

- IV Всероссийская научная молодежная конференция с международным участием «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники», 29.11-2.12.2016, Уфа.

- V Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку», 0-28.04.2017, Ярославль.

- III International conference on modern problems in physics of surfaces and nanostructures, 9-11.10.2017,Yaroslavl.

- VI Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку», 23.04-4.05.2018, Ярославль.

- The International Conference "Micro- and Nanoelectronics - 2018" ICMNE-2018. -1-5 October, 2018, Moscow-Zvenigorod.

- XXIV International Conference «Ion-Surface Interactions ISI-2021» 1923.08.2019, Moscow

- IV International conference on modern problems in physics of surfaces and nanostructures (ICMPSN 2019), 26-29.08.2019, Yaroslavl.

- 7th International School and Conference "Saint Petersburg OPEN 2020": Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, 27-30.04.2020, Saint Petersburg.

- XXV International Conference «Ion-Surface Interactions ISI-2021» 2327.08.2021, Yaroslavl.

- International Conference «MICRO- AND NANOELECTRONICS - 2021» ICMNE - 2021, 4-8.10. 2021. Moscow - Zvenigorod.

- XXVI International Conference «Ion-Surface Interactions ISI-2023» 2125.08.2023, Yaroslavl.

- International Conference «MICRO- AND NANOELECTRONICS - 2023» ICMNE - 2023, 2-6.10. 2023. Moscow - Zvenigorod.

Основные результаты работы опубликованы в 6 статьях, включая 3 статьи в российских журналах (входят в перечень научных журналов ВАК при Минобрнауки России) и 3 статьи в зарубежных журналах (индексируются WoS и/или Scopus), а также 1 разделе коллективной монографии:

1. Babushkin A. S., Influence of ion-plasma treatment on residual stress in the microcantilever / A. S. Babushkin, I. V. Uvarov, I. I. Amirov // Journal of Physics: Conference Series, 2016. - V. 741. - №. 1. - P. 012208.

2. Бабушкин А. С., Влияние низко-энергетической ионно-плазменной обработки на остаточные напряжения в тонких пленках хрома / А. С. Бабушкин, И. В. Уваров, И. И. Амиров // Журнал технической физики. - 2018. -Т. 88. - №. 12. - С. 1845-1852.

3. Babushkin A., I. Effect of Ar ion-plasma treatment on residual stress in thin Cr films / A. Babushkin, R. Selyukov, I. Amirov // Proceedings of SPIE, 2019. - V. 11022. - P. 542-549.

4. Babushkin A. S. The effect of low-energy ion bombardment on residual stress in thin metal films due to the generation of surface defects and their migration to the

grain boundary // Journal of Physics: Conference Series, 2020. - V. 1695. - №. 1. - P. 012194.

5. Бабушкин А. С., Исследование формирования механических напряжений в ходе роста поликристаллической пленки Cr методом молекулярной динамики / А. С. Бабушкин, А. В. Куприянов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2022, - № 11, - С. 39-48.

6. Бабушкин А. С., Исследование методом молекулярной динамики обратимой релаксации сжимающих механических напряжений в поликристаллических пленках металлов после остановки их осаждения / А. С. Бабушкин, А. В. Куприянов // Журнал технической физики. - 2023. - Т. 93. -№ 10. - С. 1387-1395.

7. Бабушкин А.С., Влияние ионно-плазменной обработки на остаточные механические напряжения в тонких пленках хрома / А.С. Бабушкин, Р.В. Селюков // Труды ФТИАН. - 2019. - Т. 28, - С. 112-130.

Личный вклад автора.

Общая постановка задачи осуществлялась совместно с научным руководителем автора, Амировым И.И. Планирование исследований, теоретический анализ, обработка и интерпретация результатов экспериментов проводились соискателем самостоятельно. Автор принимал активное участие в проведении МД моделирования, большая часть расчетов была проведена им самостоятельно. Также самостоятельно соискателем было проведено моделирование методом конечных элементов. Автору принадлежит ключевая роль в большинстве работ, включенных в диссертацию.

ГЛАВА 1. Напряжения в поликристаллических тонких пленках: проблемы и

перспективы

1.1. Остаточные механические напряжения в тонких пленках

Тонкие металлические пленки широко используются в микроэлектронике [15], устройствах хранения информации [16], при изготовлении компонентов оптики (зеркал, дифракционных решеток и пр.) [17], в микро- и наноэлектромеханических системах (МЭМС и НЭМС) [18, 19], а также в качестве защитных и функциональных покрытий [20], Большинство методов осаждения, таких как физическое (PVD), химическое (CVD), электрохимическое или плазмохимическое (PECVD) осаждение из паровой фазы, приводят к формированию остаточных напряжений, неоднородно распределенных по толщине пленки [20,21]. Наличие напряжений в тонких пленках представляет собой серьезную проблему, поскольку они оказывают существенное влияние на рабочие характеристики, надежность и долговечность компонентов и устройств [20]. Растягивающие напряжения могут приводить к растрескиванию и отслоению пленок [22, 23] (рисунок 1.1), сжимающие - к их вздутию [24-28] (рисунок 1.2). Суммарное воздействие исходных напряжений и внешних нагрузок во время работы микромеханических устройств может привести к их разрушению [29, 30]. К неработоспособности устройств, изготовленных на основе пленок, также приводит деформация их элементов, причем, наиболее важными являются деформации изгиба, обусловленные неоднородностью напряжений по толщине пленки (градиентом) [31, 32].

Рисунок 1.1. Растрескивание пленки Сг в работе [23].

Рисунок 1.2. Вздутие пленки N1 в работе [24].

Однако наличие остаточных механических напряжений в пленке может иметь и положительный эффект. Например, наличие растягивающих напряжений в микромостах и мембранах приводит к увеличению их резонансных частот, что может быть полезным в ряде применений [4, 33]. Для некоторых микроустройств существование остаточных напряжений может представлять собой возможность выполнения процессов самосборки, то есть формирование устройств за счет энергии упругой деформации элементов системы. Основная идея состоит в том, чтобы рассматривать остаточные напряжения в таких структурах как движущую силу. Как только происходит освобождение основной структуры от крепления к подложке, остаточные напряжения приведут к её выталкиванию в нужное положение. На рисунке 1.3 показан оптический сканер, представленный в работе [34] изготовленный в результате процесса самосборки с использованием остаточных напряжений. Для некоторых ВЧ-переключателей, в которых напряжение переключения слишком низкое, чтобы противостоять внешним помехам (это может случиться, если конструкция слишком длинная, слишком тонкая или слишком мягкая, а воздушный зазор слишком мал) криволинейная структура коммутатора может обеспечить лучшую производительность. Например, в работе [35] представлен изначально изогнутый оптический ВЧ-переключатель (рисунок 1.4).

Рисунок 1.3. Оптический сканер [34]. Рисунок 1.4. ВЧ-переключатель [35].

Кроме того напряжения или создаваемые ими деформации могут оказывать положительное влияние на физические свойства тонких пленок [20], например, проводимость [36] и магнитные свойства [37-40].

В связи с этим, актуальным является изучение механических напряжений, а также развитие методов управления ими в тонких пленках.

1.2. Механизмы возникновения остаточных механических напряжений в

поликристаллических тонких пленках

Возникновение остаточных механических напряжений в пленке, как правило, обусловлено несколькими механизмами, при этом сразу несколько из них могут одновременно вносить свой вклад в итоговые напряжения [41]. Условно их принято разделять на внутренние, непосредственно связанные с кинетикой роста и эволюцией микроструктуры пленки, и внешние, способные оказать сильное влияние на генерацию напряжений и их модификацию, как во время роста пленки, так и после нее.

1.2.1. Внутренние напряжения

Большинство металлических пленок растут по механизму Вольмера-Вебера [42], в ходе которого выделяют три стадии формирования напряжений (рисунок.1.5) в ходе осаждения.

Рисунок 1.5. Схематический график эволюции механических напряжений в

процессе роста пленки.

На начальном этапе на подложке образуются отдельные островки, обладающие сжимающими напряжениями. Эти напряжения связывают с Лапласовым давлением [43], а также влиянием поверхностных дефектов [44]. На втором этапе, островки начинают соприкасаться и образовывать межзеренную границу, что приводит к уменьшению поверхностной энергии (рисунок 1.6) [4547]. В результате в пленке возникают растягивающие напряжения.

Рисунок 1.6. Схематическое изображение поликристаллической тонкой пленки до (а) и после (б) коалесценции островков, представленное в работе [46].

Островки могут уменьшить поверхностную энергию, образуя границу зерен между ними, тем самым эффективно уменьшая количество разорванных связей на свободной поверхности. Образование границ зерен может произойти, даже если это вызовет некоторую упругую деформацию при условии, что полная энергия системы уменьшается. Для гексагональных островов с длиной ребра Ь модель минимизации энергии предсказывает, что максимальное растягивающее напряжение (ат), возникающие в результате коалесценции островков равно:

&т = 2.

Е Ау

1 -V Ь

(1.1)

где Е - модуль Юнга, V - коэффициент Пуассона, Ау - изменение межфазной энергии, связанное с образованием границы зерен:

(1.2)

где у*. - поверхностная энергия, уёЬ - энергия границы зерен, а коэффициент 1/2 отражает тот факт, что две свободные поверхности преобразуются в одну границу зерен. Получающееся напряжение больше для меньших размеров зерен из-за большего количества созданных интерфейсов.

Кроме того в зависимости от соотношения температуры подложки при осаждении Т8 и температуры плавления материала пленки Тт рост зерен в ней осуществляется по-разному (рисунок 1.7) [48].

Рисунок 1. 7. Эволюция размера зерен при осаждении с разным отношением температуры подложки Т8 и температуры плавления материала пленки Тт [48].

При малых значениях TJTm (Зона I) с увеличением толщины пленки латеральный размер зерен практически не меняется и остается таким, каким был на этапе коалесценции островков. В результате зерна имеют столбчатую структуру. Такая картина характерна для тугоплавких материалов, таких как Сг, Бе и т.п. С увеличением Т8/Тт в зонах Т и II с ростом пленки происходит рост латеральных размеров зерен, однако, в первом случае это происходит на

поверхности пленки в новообразующихся слоях, а во втором по всей её толщине. Такая картина характерна для легкоплавких материалов, таких как Ли, Л§, Си и т.п. Таким образом, для таких материалов рост зерен является источником дополнительных растягивающих напряжений:

^ (*) = У гАа

' 1 1 Л

Ьо(*) Ь(ИГ)

(1.3)

г> У

где аа - избыточный объем, связанный с единицей площади границ зерен, Ь и Ь0 - увеличенный и исходный размер зерна соответственно.

На третьем этапе роста при низкой подвижности адатомов пленка продолжит накапливать растягивающие напряжения. Если же подвижность адатомов будет высокой, то растягивающие напряжения станут снижаться и постепенно произойдет переход к сжимающим напряжениям [49, 50]. Величина подвижности адатомов зависит как от материала, так и условий осаждения, например, температуры подложки и энергии осаждаемых атомов. При остановке осаждения часть этих сжимающих напряжений релаксирует, а если его возобновить, напряжения возвращаются к прежнему значению и развиваются так, будто перерыва не было [50, 51]. Механизм возникновения сжимающих напряжений на этом этапе и их частичной релаксации при остановке осаждения до сих пор обсуждается [52-54]. В качестве причин называют: проникновение адатомов в межзеренную границу и их выход обратно на поверхность [46], попадание адатомов между коалесцирующими атомными ступенями и их обратный выход [55], наследование сжимающих напряжений от первой стадии роста пленки и рекристаллизацию, которая приводит к изменению плотности межзеренных границ [56].

Наиболее обобщенная кинетическая модель, описывающая формирование напряжений в ходе осаждения поликристаллических пленок представлена в работах [41, 57]. Эта модель напрямую связывает величину напряжений с параметрами осаждения и микроструктурой, в результате чего хорошо объясняет

наблюдаемые в экспериментах зависимости напряжений от скорости осаждения, температуры и материала пленок. Возникновение растягивающих напряжений авторы связывают с образованием межзеренной границы и снижением поверхностной энергии, а возникновение сжимающих напряжений объясняют проникновением адатомов в межзеренные границы (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8. Схема геометрии стыка двух зерен, используемая в модели [20].

Причину последнего они видят в увеличении химического потенциала на поверхности (5^8) зерен из-за того, что при осаждении она приходит в неравновесное состояние. Возникающая разница химических потенциалов на поверхности и в межзеренной границе Л/ становится движущей силой для адатомов. Она равна 5/ + <0, где < - напряжения в приповерхностном атомном слое, О - объем, приходящийся на один атом. Знак плюс обусловлен тем, что сжимающие напряжения принято считать отрицательными. В ходе осаждения Ли положительна, в результате чего происходит движение адатомов с поверхности в межзеренную границу и возникновение сжимающих напряжений. Формирование нового участка межзеренной границы приводит к возникновению растягивающих напряжений в новом атомном слое, после чего внедрение в неё

адатомов приводит к постепенному снижению растягивающих и переходу к сжимающим напряжениям. Таким образом, напряжения в /-ом слое равны:

,, Nа

=°г -, (1.4)

оТ - растягивающие напряжения, возникающие при формировании нового участка межзеренной границы в /-ом слое, М} - двухосный модуль, а - параметр решетки, Ь - размер зерен, N - число адатомов, встроившихся в межзеренные границы /-ого слоя. Скорость внедрения зависит от обозначенной ранее разницы химических потенциалов на поверхности и в межзеренной границе Ад

т .„в(. ( илу= 0.5)

а кТ

1 = 4С

Ж 5 а

1 - ехр

Л

кТ

У У

где С5 - отношение числа подвижных атомов к числу мест на террасе, прилегающей к межзеренной границе, к - постоянная Больцмана, Т -температура, Б - эффективный коэффициент диффузии. После дифференцирования выражения (1.4) по времени и подстановки в него (1.5) получается дифференциальное уравнение, описывающее изменение напряжений в ходе осаждения пленки:

О _ 4СрМ/ & аЬкТ

(о п+д^ \ (1.б)

решение которого:

о

ос + (от

ос)ехР

А*.

т

(1.7)

где <с - максимальные сжимающие напряжения, которые могут в нем возникнуть в результате внедрения адатомов в межзеренную границу /-ого слоя, А^ - время формирования слоя, а г- кинетический параметр:

РО

Константа в определяется следующим образом

г = —. (1.8)

лс5ыг_

Такая последовательность процессов повторяется в каждом новом атомном слое. В итоге средние напряжения в пленке толщиной И, имеющей N заполненных атомных слоев, равны:

« =-1 х / и г

7с + <т

7с)ехР

г

(1.10)

Как полагают авторы кинетической модели, при остановке осаждения химический потенциал на поверхности возвращается к равновесному значению, добавка 5и исчезает и, при наличии сжимающих напряжений, Ли становится отрицательна, в результате чего часть атомов возвращается обратно на поверхность [57].

1.2.2 Внешние напряжения

Основные напряжения, которые принято относить к внешним - это термические напряжения [20]. Причиной их возникновения является различие термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) материалов пленки и подложки. Так как процесс напыления пленки, как правило, происходит при повышенной температуре (Таер), после охлаждения подложка и пленка из-за

разных ТКЛР стремятся приобрести разные размеры. Но так как пленка ограничена значительно более толстой по сравнению с ней подложкой, она не может принять равновесный размер и в ней образуются термические напряжения:

где М - двухосный модуль материала пленки, а8 и af - ТКЛР подложки и пленки соответственно, АТ - разница температур.

Так как ТКЛР металлов, как правило, превосходит ТКЛР материалов используемых в качестве подложек, охлаждение приводит к возникновению растягивающих напряжений в пленке. По своей величине термические напряжения могут достигать значений, существенно превосходящих величину внутренних и быть доминирующим механизмом, обуславливающим механические напряжения в пленке.

Кроме термических напряжений к внешним также относят напряжения, возникающие за счет внешнего механического воздействия, за счет изменения химического состава и структуры пленки под действием внешней среды, а также напряжения, возникающие за счет электромиграции.

1.3. Методы борьбы с остаточными механическими напряжениями в тонких

пленках

Как обсуждалось выше и показано в кинетической модели роста пленок, итоговые напряжения в пленке зависят от множества параметров осаждения. Поэтому для управления напряжениями в пленке можно варьировать температуру подложки Т и скоростью роста Я. Увеличение Т или уменьшение Я способствует увеличению составляющей сжимающих напряжений, так как способствует проникновению атомов с поверхности в межзеренную границу. Также, варьируя температуру подложки, можно управлять величиной конечных термических

(111)

1.3.1. Управление параметрами осаждения пленки

напряжений. Такой подход применим, как правило, для термовакуумного напыления и электроосаждения. Использование энергетических методов осаждения позволяет получить пленки с большими сжимающими напряжениями. При этом можно управлять такими параметрами как энергия и поток осаждаемых частиц.

Однако точный контроль механических напряжений при осаждении тонкой пленки требует тонкой и одновременной манипуляции несколькими параметрами осаждения, что является весьма непростой задачей [20].

1.3.2. Использование компенсационных слоев

В случае многослойных пленок учесть все параметры осаждения для каждого слоя и при этом учесть термические напряжения практически невозможно. Поэтому в ряде случаев проще использовать компенсационный слой. Подбирая материал и варьируя толщину такого слоя можно добиться того что интегральные напряжения или их градиент в многослойной структуре будут равны нулю. При этом добавление дополнительного слоя не должно нарушать функциональности устройства в целом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бабушкин Артем Сергеевич, 2024 год

Список использованных источников

1. Maboudian R. Surface processes in MEMS technology // Surface Science Reports. - 1998. - V. 30. - №. 6-8. - P. 207-269.

2. Xia Z.C. Crack patterns in thin films / Z.C. Xia, J.W. Hutchinson // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. - 2000. - V. 48. - №. 6-7. - P. 11071131.

3. Dutta S. Effect of residual stress on RF MEMS switch / S. Dutta, M. Imran, R. Pal, K.K. Jain, R. Chatterjee // Microsystem technologies. - 2011. - V. 17. - P. 1739-1745.

4. Pratap R. Effect of Microfabrication Induced Stresses on the Sensing Characteristics of Dynamic MEMS Devices / R. Pratap, A. Dangi, A.R. Behera // ECS Transactions. - 2016. - V. 75. - №. 17. - P. 35-45.

5. Karnaushenko D. 3D self-assembled microelectronic devices: concepts, materials, applications / D. Karnaushenko, T. Kang, V.K. Bandari, F. Zhu, O.G. Schmidt //Advanced Materials. - 2020. - V. 32. - №. 15. - P. 1902994.

6. Бухараев А.А. Стрейнтроника - новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах / А. А. Бухараев, А. К. Звездин, А. П. Пятаков, Ю. К. Фетисов // УФН. - 2018. - Т. 188, № 12. - С. 12881330.

7. Dahmen K. Steady-state surface stress induced in noble gas sputtering / K. Dahmen, M. Giesen, J. Ikonomov, K. Starbova, H. Ibach // Thin Solid Films. - 2003. - V. 428. - P. 6.

8. Chan W.L. Stress evolution and defect diffusion in Cu during low energy ion irradiation: Experiments and modeling / W.L. Chan, E. Chason // Journal of Vacuum Science & Technology. A. - 2008. - V. 26. - P. 44.

9. Chan W.L. Stress evolution in platinum thin films during low-energy ion irradiation / W.L. Chan, K. Zhao, N. Vo, Y. Ashkenazy, D.G. Cahill, R.S. Averback // Phys. Rev. B. - 2008. - V. 77. - P. 205405.

10. Kim S.P. Nanoscale mechanisms of surface stress and morphology evolution in FCC metals under noble-gas ion bombardments / S.P. Kim, H.B. Chew, E. Chason, V.B. Shenoy, K.S. Kim // Proc. R. Soc. A. - 2012. - V. 468. -P. 2550.

11. Mayr S.G. Effect of ion bombardment on stress in thin metal films / S.G. Mayr, R.S. Averback // Phys. Rev. B. - 2003. - V. 68. - P. 214105.

12. Misra A. Residual stresses and ion implantation effects in Cr thin films / A. Misra, S. Fayeulle, H. Kung, T.E. Mitchell, M. Nastasi // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 1999. - V. 148. - P. 211.

13. Fu E.G. Mechanisms for ion-irradiation-induced relaxation of stress in mosaic structured Cu thin films / E.G. Fu, Y.Q. Wang, M. Nastasi // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2012. - V. 45. - P. 495303.

14. Амиров И.И. Влияние энергии ионов на морфологию поверхности пленки платины при высокочастотном ионно-плазменном распылении / И.И. Амиров, В.В. Наумов, М.О. Изюмов, Р.С. Селюков // ПЖТФ -2013, - N 2, - C. 68.

15. Anderson J. C. Applications of thin films in microelectronics // Thin Solid Films. - 1972. - V. 12. - №. 1. - P. 1-15.

16. Fadeev A.V. To the issue of the memristor's HRS and LRS states degradation and data retention time / A.V. Fadeev, K.V. Rudenko // Russian Microelectronics. - 2021. - V. 50. - P. 311-325.

17. Tien P.K. Light waves in thin films and integrated optics // Applied optics. -1971. - V. 10. - №. 11. - P. 2395-2413.

18. Varadan V.K. RF MEMS and Their Applications / V.K. Varadan, K.J. Vinoy, K.A. Jose // John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2002.

19. Laconte J., Flandre D., Raskin J. P. Micromachined thin-film sensors for SOI-CMOS co-integration. - Springer Science & Business Media, 2006.

20. Chason E. Kinetic model for dependence of thin film stress on growth rate, temperature, and microstructure / E. Chason, J.W. Shin, S.J. Hearne, L.B. Freund // Journal of Applied Physics. 2012. V. 111. P. 083520.

21. Chason E. A kinetic model for stress generation in thin films grown from energetic vapor fluxes / E. Chason, M. Karlson, J.J. Colin, D. Magnfalt, K. Sarakinos, G. Abadias // Journal of Applied Physics. 2016. V. 119. P. 145307.

22. George M. Mechanical behaviour of metallic thin films on polymeric substrates and the effect of ion beam assistance on crack propagation / M. George, C. Coupeau, J. Colin, J. Grilhe // Acta Materialia. 2005. V. 53. P. 411.

23. Marx V.M. The influence of a brittle Cr interlayer on the deformation behavior of thin Cu films on flexible substrates: Experiment and model / V.M. Marx, F. Toth, A. Wiesinger, J. Berger, C. Kirchlechner, M.J. Cordill, F.D. Fischer, F.G. Rammerstorfer, G. Dehm // Acta Materialia. 2015. V. 89. P. 278.

24. Coupeau C. Atomic force microscopy study of the morphological shape of thin film buckling // Thin Solid Films. 2002. V. 406. P. 190.

25. Moon M.W. An experimental study of the influence of imperfections on the buckling of compressed thin films / M.W. Moon, J.W. Chung, K.R. Lee, K.H. Oh, R. Wang, A.G. Evans // Acta Materialia. 2002. V. 50. P. 1219

26. Boijoux R. How soft substrates affect the buckling delamination of thin films through crack front sink-in / R. Boijoux, G.Parry, J.Y. Faou, C. Coupeau // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. С. 141602.

27. Faou J.Y. From telephone cords to branched buckles: A phase diagram / J.Y. Faou, S. Grachev, E. Barthel, G. Parry // Acta Materialia. 2017. V. 125. P. 524.

28. Шугуров А.Р. Механизмы периодической деформации системы «пленка подложка» под действием сжимающих напряжений / А.Р. Шугуров, А.В. Панин // Физическая мезомеханика. 2009. Т.12. С.23.

29. Vasco E. Intrinsic Compressive Stress in Polycrystalline Films is Localized at Edges of the Grain Boundaries / E. Vasco, C. Polop // Phys. Rev. Lett. 2017. P. 119. С. 256102.

30. Welzel U. Stress analysis of polycrystalline thin films and surface regions by X-ray diffraction / U. Welzel, J. Ligot, P. Lamparter, A.C. Vermeulen, E.J. Mittemeijer // J. Appl. Cryst. 2005. V. 38. P. 1.

31. Greek S. Deflection of surface-micromachined devices due to internal, homogeneous or gradient stresses / S. Greek, N. Chitica // Sensors and Actuators A: Physical. 1999. V. 78. P. 1.

32. Hubbard T. Residual strain and resultant postrelease deflection of surface micromachined structures / T. Hubbard, J. Wylde // Journal of Vacuum Science & Technology A. 2000. V.18. P. 734.

33. Brand O. Micromachined resonant sensors—an overview / O. Brand, H. Baltes // Sensors update. 1998. V. 4. P. 3.

34. Ho Y.P. A robust and reliable stress-induced self-assembly supporting mechanism for optical devices / Y.P. Ho, M. Wu, H.Y. Lin, W. Fang // Microsystem technologies. 2005. V. 11. P. 214.

35. Chen R.T. A High-Speed Low-Voltage Stress-Induced Micromachined 2x2 Optical Switch / R.T. Chen, H. Nguyen, M.C. Wu // IEEE Photonics Technology Letters. 1999. V. 11. P. 1396.

36. Fluri A. Enhanced Proton Conductivity in Y- Doped BaZrO3 via Strain Engineering / A. Fluri, A. Marcolongo, V. Roddatis, A. Wokaun, D. Pergolesi, N. Marzari, T. Lippert // Adv. Sci. - 2017. - V. 4. - P. 1700467.

37. Sander D. The role of surface stress in structural transitions, epitaxial growth and magnetism on the Nanoscale / D. Sander, Z. Tian, J. Kirschner // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. V. 21. P. 134015.

38. Sander D. The correlation between mechanical stress and magnetic anisotropy in ultrathin films // Reports on Progress in Physics. 1999. V. 62. P. 809.

39. Dahmen K. A finite element analysis of the bending of crystalline plates due to anisotropic surface and film stress applied to magnetoelasticity / K. Dahmen, H. Ibach, H. Sander // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001. V. 231. P. 74.

40. Platt C.L. Magnetic and structural properties of FeCoB thin films / C.L. Platt, N.K. Minor, T.J. Klemmer // IEEE Transactions on Magnetics. 2001. V. 37. P. 2302.

41. Chason E. Tutorial: Understanding residual stress in polycrystalline thin films through real-time measurements and physical models / E. Chason, P.R. Guduru // Journal of Applied Physics, 2016. V. 119. P. 191101.

42. Freund L.B. Thin film materials: stress, defect formation and surface evolution / L.B. Freund, S. Suresh // Cambridge university press, 2004.

43. Abermann R. Structure and internal stress in ultra-thin silver films deposited on MgF2 and SiO substrates / R. Abermann, R. Kramer, J. Mäser // Thin Solid Films. - 1978. - V. 52. - №. 2. - P. 215-229.

44. Friesen C. Reversible stress relaxation during precoalescence interruptions of Volmer-Weber thin film growth / C. Friesen , C.V. Thompson // Physical review letters. - 2002. - V. 89. - №. 12. - P. 126103.

45. Hoffman R.W. Stresses in thin films: The relevance of grain boundaries and impurities // Thin Solid Films. - 1976. - V. 34. - №. 2. - P. 185-190.

46. Nix W.D. Crystallite coalescence: A mechanism for intrinsic tensile stresses in thin films / W.D. Nix, B.M. Clemens // Journal of materials research. -1999. - V. 14. - №. 8. - P. 3467-3473.

47. Freund L.B. Model for stress generated upon contact of neighboring islands on the surface of a substrate / L.B. Freund, E. Chason // Journal of Applied Physics. - 2001. - V. 89. - №. 9. - P. 4866-4873.

48. Thornton J.A. Influence of substrate temperature and deposition rate on structure of thick sputtered Cu coatings // J. Vac. Sci. Technol. - 1975 -V.12(4), - P. 830.

49. Abadias G. Stress in thin films and coatings: Current status, challenges, and prospects / G. Abadias; E. Chason, J. Keckes, M. Sebastiani, B.G. Thompson, E. Barthel, G.L. Doll, C.E. Murray, C.H. Stoessel, L. Martinu // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2018. - V. 36. - №. 2.

50. Friesen C. Thompson C. V. Reversible stress changes at all stages of VolmerWeber film growth / C. Friesen, S.C. Seel // Journal of Applied Physics. -2004. - V. 95. - №. 3. - P. 1011-1020.

51. Shin J. W. Compressive stress generation in Sn thin films and the role of grain boundary diffusion / J.W. Shin, E. Chason // Physical Review Letters. -2009. - V. 103. - №. 5. - P. 056102.

52. Шугуров А.Р. Механизмы возникновения напряжений в тонких пленках и покрытиях / А.Р. Шугуров, А.В. Панин // Журнал технической физики.

- 2020. - Т. 90. - №. 12. - С. 1971-1994.

53. Jamnig A. The effect of kinetics on intrinsic stress generation and evolution in sputter-deposited films at conditions of high atomic mobility / A. Jamnig, N. Pliatsikas, K. Sarakinos, G. Abadias // Journal of Applied Physics. - 2020.

- V. 127. - №. 4.

54. Jagtap P. A unified kinetic model for stress relaxation and recovery during and after growth interruptions in polycrystalline thin films / P. Jagtap, E. Chason // Acta Materialia. - 2020. - V. 193. - P. 202-209.

55. Shull A.L. Measurements of stress during vapor deposition of copper and silver thin films and multilayers / A. L. Shull, F. Spaepen // Journal of Applied Physics. - 1996. - V. 80. - №. 11. - P. 6243-6256.

56. Koch R. Compressive stress in polycrystalline Volmer-Weber films / R. Koch, D. Hu, A.K. Das // Physical review letters. - 2005. - V. 94. - №. 14.

- P. 146101.

57. Chason E. A kinetic analysis of residual stress evolution in polycrystalline thin films // Thin Solid Films. - 2012. - V. 526. - P. 1-14.

58. Cao K. Curvature compensation in micromirrors with high-reflectivity optical coatings / K. Cao, W. Liu, J.J. Talghader // Journal of Microelectromechanical Systems. 2001. V.10. P. 409.

59. Mirkarimi P.B. Advances in the reduction and compensation of film stress in high-reflectance multilayer coatings for extreme-ultraviolet lithography /

P.B. Mirkarimi, C. Montcalm // Proc. SPIE 3331, Emerging Lithographic Technologies II, 1998.

60. Буркин С.П. Остаточные напряжения в металлопродукции / С.П. Буркин, Г.В. Шимов, Е.А. Андрюкова // Екатеринбург Издательство Уральского университета, 2015.

61. Proszynski A. Stress modification in gold metal thin films during thermal annealing / A. Proszynski, D. Chocyk, G. Gladyszewski // Optica applicata. -2009. - Т. 39. - №. 4. - С. 705-710.

62. Chocyk D. Diffusional creep induced stress relaxation in thin Cu films on silicon / D. Chocyk, A. Proszynski, G. Gladyszewski // Microelectronic engineering, 2008. V.85. P. 2179.

63. Chen S.T. Stress relaxation during thermal cycling in metal/polyimide layered films / S.T. Chen, C.H. Yang, F. Faupel, P.S. Ho // Journal of applied physics, 1988. V. 64. P. 6690.

64. Primak W. Radiation-Induced Stress Relaxation in Quartz and Vitreous Silica // Journal of Applied Physics. - 1964. - V. 35. - №. 4. - P. 1342-1347.

65. EerNisse E.P. Compaction of ion- implanted fused silica // Journal of Applied Physics. - 1974. - V. 45. - №. 1. - P. 167-174.

66. Hardtke C. Stress relaxation in tantalum silicide films by particle bombardment / C. Hardtke, H. Ullmaier, W. Schilling, M. Gebauer // Thin Solid Films. - 1989. - V. 175. - P. 61-65.

67. Hardtke C. Influence of particle bombardment on microstructure and internal stresses of refractory metal suicides on silicon / C. Hardtke, W. Schilling, H. Ullmaier // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 1991. - V. 59. - P. 377381.

68. Volkert C. A. Stress and plastic flow in silicon during amorphization by ion bombardment // Journal of Applied Physics. - 1991. - V. 70. - №. 7. -P. 3521-3527.

69. Volkert C.A. Radiation-enhanced plastic flow of covalent materials during ion irradiation / C.A. Volkert, A. Polman // MRS Online Proceedings Library (OPL). - 1991. - V. 235. - P. 3.

70. Volkert C. A. Density changes and viscous flow during structural relaxation of amorphous silicon // Journal of applied physics. - 1993. - V. 74. - №. 12. - P. 7107-7113.

71. Snoeks E. Densification, anisotropic deformation, and plastic flow of SiO2 during MeV heavy ion irradiation / E. Snoeks, A. Polman, C.A. Volkert // Applied physics letters. - 1994. - V. 65. - №. 19. - P. 2487-2489.

72. Snoeks E. MeV ion irradiation- induced creation and relaxation of mechanical stress in silica / E. Snoeks, T. Weber, A. Cacciato, A. Polman // Journal of applied physics. - 1995. - V. 78. - № 7. - P. 4723-4732.

73. Brongersma M.L. Temperature dependence of MeV heavy ion irradiation-induced viscous flow in SiO2 / M.L. Brongersma, E. Snoeks, A. Polman // Applied physics letters. - 1997. - V. 71. - №. 12. - P. 1628-1630.

74. Brongersma M.L. Origin of MeV ion irradiation-induced stress changes in SiO 2 / M.L. Brongersma; E. Snoeks; T. Dillen; A. Polman // Journal of Applied Physics. - 2000. - V. 88. - №. 1. - P. 59-64.

75. Steinbach T. Ion beam induced stress formation and relaxation in germanium / T. Steinbach, A. Reupert, E. Schmidt, W. Wesch // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2013. - V. 307. - P. 194-198.

76. Snoeks E. Stress relaxation in tungsten films by ion irradiation / E. Snoeks, K.S. Boutros, J. Barone // Applied physics letters. - 1997. - V. 71. - №. 2. -P. 267-269.

77. Mayr S.G. Evolution of thin-film morphologies in metals during ion beam bombardment / S.G. Mayr, Y. Ashkenazy, R.S. Averback // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2003. - V. 212. - P. 246-252.

78. Mayr S. G. Evolution of morphology in nanocrystalline thin films during ion irradiation / S.G. Mayr, R.S. Averback // Physical Review B. - 2003. - V. 68. - №. 7. - P. 075419.

79. Mayr S. G. Effect of ion bombardment on stress in thin metal films / S.G. Mayr, R.S. Averback // Physical Review B. - 2003. - V. 68. - №. 21. -P. 214105.

80. Jain A. A physical basis for irradiation-induced modification of thin-film stresses / A. Jain, U. Jain // Thin solid films, 1995. V. 256. P. 116.

81. Jain A. Reduction of stresses in thin films by high energy ion beams / A. Jain, S. Loganathan, U. Jain // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. V. 127. P. 43.

82. Misra A. Effects of ion irradiation on the residual stresses in Cr thin films / A. Misra, S. Fayeulle, H. Kung, T.E. Mitchell, M. Nastasi // Appl. Phys. Lett. 73, 891 (1998).

83. Misra A. Residual stresses and ion implantation effects in Cr thin films /

A. Misra, S. Fayeull, H. Kung, T.E. Mitchell, M. Nastasi // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. V. 148. P. 211.

84. Chan W. L. Surface stress induced in Cu foils during and after low energy ion bombardment / W.L. Chan, E. Chason, C. Iamsumang // Nucl. Instrum. Meth.

B.2007. V. 257. P. 428.

85. Knystautas E. Engineering Thin Films and Nanostructures with Ion Beams / Knystautas E. - New York: University of Rochester, 2005. - 561с.

86. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Распыление сплавов и соединений, распыление под действием электронов и нейтронов, эффект поверхности. / под ред. Р.Бериша -М.: Мир, 1986. Вып. 2. 484 с.

87. Wang J. Etching characteristics of chromium thin films by an electron beam induced surface reaction / J. Wang, D.P. Griffis, R. Garcia, P.E. Russell // Semiconductor Science and Technology. 2003. V. 18. P. 199.

88. Fang W. Determining mean and gradient residual stresses in thin films using micromachined cantilevers / W. Fang, J.A. Wickert // J. Micromech. Microeng.1996. V. 6. P. 301.

89. Laconte J., Flandre D., Raskin J.P. Micromachined thin-film sensors for SOI-CMOS co-integration. Springer Science & Business Media, 2006. 292.

90. Guckel H. Diagnostic microstructures for the measurement of intrinsic strain in thin films / H. Guckel, D. Burns, C. Rutigliano, E. Lovell, B. Choi // J. Micromech. Microeng.1992. V. 2. P. 86.

91. Mehregany M. Novel microstructures for the in situ measurement of mechanical properties of thin films / M. Mehregany, R.T. Howe, S.D. Senturia // J. Appl. Phys.1987. V. 62. P.3579.

92. Ericson F. High-sensitivity surface micromachined structures for internal stress and stress gradient evaluation / F. Ericson, S. Greek, J. Sôderkvist, J.A. Schweitz // J. Micromech. Microeng. 1997. V. 7. P. 30.

93. Lin L. A micro strain gauge with mechanical amplifier / L. Lin, A.P. Pisano, R.T. Howe // J. Microelectromech. Syst. 1997. V. 6. P. 313.

94. Л.И. Гладких, С.В. Малыхин, А.Т. Пугачёв. Дифракционные методы анализа внутренних напряжений, Харьков: НТУ «ХПИ, 2006.

95. Grigor'ev I.S., Meilikhov E.Z. (Eds.), Fizicheskie Velichini // Reference Book, Energoatomizdat, Moscow, 1991.

96. Straumanis M.E. The precise lattice constant and the expansion coefficient of chromium between +10 and +60 °C / M.E. Straumanis, C.C. Weng // Acta Crystallographica.1955. Т. 8. С. 367.

97. Пат. 2630528 Российская федерация, МПК B 81 B 3/00, C 23 C 14/35. Способ изготовления балки с заданным изгибом / Уваров И.В., Наумов В.В., Амиров И.И.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт Российской академии наук (ФТИАН РАН). -№ 2016111251; заявл. 25.03.2016; опубл. 11.09.2017, Бюл. № 26. - 5с.: ил.

98. Was G.S. Fundamentals of radiation materials science: metals and alloys. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. 827 c.

99. Brand O. Micromachined resonant sensors—an overview / O. Brand, H. Baltes // Sensors update. - 1998. - V. 4. - №. 1. - P. 3-51.

100. Stefenelli M. et al. X-ray analysis of residual stress gradients in TiN coatings by a Laplace space approach and cross-sectional nanodiffraction: a critical comparison // Journal of applied crystallography. - 2013. - V. 46. - №. 5. -P. 1378-1385.

101. Zhang J. Growth and properties of Cu thin film deposited on Si (0 0 1) substrate: a molecular dynamics simulation study / M. Stefenelli, J. Todt, A. Riedl, W. Ecker, T. Müller, R. Daniel, M. Burghammer, J. Keckes // Applied Surface Science. - 2012. - V. 261. - P. 690-696.

102. Hwang S.F. Molecular dynamic simulation for Cu cluster deposition on Si substrate / S. F. Hwang, Y.H. Li, Z.H. Hong // Computational Materials Science. - 2012. - V. 56. - P. 85-94.

103. Luedtke W.D. Metal-on-metal thin-film growth: Au/Ni (001) and Ni/Au (001) / W.D. Luedtke, U. Landman // Physical Review B. - 1991. - V. 44. - №. 11. - P. 5970.

104. Levanov N. Molecular dynamics simulation of Co thin films growth on Cu (001) / N. Levanov, V.S. Stepanyuk, W. Hergert, O.S. Trushin, K. Kokko // Surface science. - 1998. - V. 400. - №. 1-3. - P. 54-62.

105. Lee S.G. Atomic-level investigation of Al and Ni thin film growth on Ni (1 1 1) surface: molecular dynamics simulation / S.G. Lee, Y.C. Chung // Applied surface science. - 2007. - V. 253. - №. 22. - P. 8896-8900.

106. Cao Y. Atomistic study of deposition process of Al thin film on Cu substrate / Y. Cao, J. Zhang, T. Sun, Y. Yan, F. Yu // Applied surface science. - 2010. -V. 256. - №. 20. - P. 5993-5997.

107. Zientarski T. Strain and structure in nano Ag films deposited on Au: Molecular dynamics simulation / T. Zientarski, D. Chocyk // Applied surface science. - 2014. - V. 306. - P. 56-59.

108. Li Q. Molecular dynamics simulation of Cu/Au thin films under temperature gradient / Q. Li, X. Peng, T. Peng, Q. Tang, X. Zhang, C. Huang // Applied Surface Science. - 2015. - V. 357. - P. 1823-1829.

109. Hao H. Atomistic modeling of metallic thin films by modified embedded atom method / H. Hao, D. Lau // Applied Surface Science. - 2017. - V. 422. -P. 1139-1146.

110. Chu C.J. Surface properties of film deposition using molecular dynamics simulation / C.J. Chu, T.C. Chen // Surface and Coatings Technology. - 2006. - V. 201. - №. 3-4. - P. 1796-1804.

111. Pao C. W. Thin film compressive stresses due to adatom insertion into grain boundaries / C.W. Pao, S.M. Foiles, E.B. Webb III, D.J. Srolovitz, J.A. Floro // Physical review letters. - 2007. - V. 99. - №. 3. - P. 036102.

112. Pao C.W. Atomistic simulations of stress and microstructure evolution during polycrystalline Ni film growth / C.W. Pao, S.M. Foiles, E.B. Webb III, D.J. Srolovitz, J.A. Floro // Physical Review B. - 2009. - V. 79. - №. 22. - P. 224113.

113. Zhou X. A molecular dynamics study on stress generation during thin film growth / X. Zhou, X. Yu, D. Jacobson, G.B. Thompson // Applied Surface Science. - 2019. - V. 469. - P. 537-552.

114. Plimpton S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics // Journal of computational physics. - 1995. - V. 117. - №. 1. - P. 1-19.

115. Stukowski A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO-the Open Visualization Tool // Modelling and simulation in materials science and engineering. - 2009. - V. 18. - №. 1. - P. 015012.

116. Foiles S. M. Embedded-atom-method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys / S.M. Foiles, M.I. Baskes, M.S. Daw // Physical review B. - 1986. - V. 33. - №. 12. - P. 7983.

117. Choi W.M. Modified embedded-atom method interatomic potentials for the co-cr, co-fe, co-mn, cr-mn and mn-ni binary systems / W.M .Choi, Y. Kim,

D. Seol, B.J. Lee // Computational Materials Science. - 2017. - V. 130. - P. 121-129.

118. Zigler J. F., The Stopping and Range of Ions in Solids / J. F. Zigler, J. P. Biersack, U. Littmark // Pergamon Press, Oxford. - 1985. - V. 1. - P. 321.

119. Thompson A.P. General formulation of pressure and stress tensor for arbitrary many-body interaction potentials under periodic boundary conditions / A.P. Thompson, S.J. Plimpton, W. Mattson // The Journal of chemical physics. - 2009. - V. 131. - №. 15.

120. Gruber W. Microstructure and strain relaxation in thin nanocrystalline platinum films produced via different sputtering techniques / W. Gruber, C. Baehtz, M. Horisberger, I. Ratschinski, H. Schmidt // Applied Surface Science. - 2016. - V. 368. - P. 341-347.

121. Rost M.J. The dualism between adatom-and vacancy-based single crystal growth models / M.J. Rost, L. Jacobse, M.T.M. Koper // Nature Communications. - 2019. - V. 10. - №. 1. - P. 5233.

122. Karnaushenko D. Shapeable material technologies for 3D self-assembly of mesoscale electronics / D. Karnaushenko, T. Kang, O.G. Schmidt // Advanced Materials Technologies. - 2019. - T. 4. - №. 4. - C. 1800692.

123. Leahy K., Oster G., Hollinger T.D., Stone S.M. Strategic Thinking: A Matter of Organizational Survival 5 By Leo Wiltshire The Evolution of Electronic Systems Technology and its 8 Impact on Methods of Innovation. - 2012.

124. Shen W.W. Three-dimensional integrated circuit (3D IC) key technology: Through-silicon via (TSV) / W.W. Shen, K.N. Chen // Nanoscale research letters. - 2017. - V. 12. - P. 1-9.

125. Waldrop M. M. The chips are down for Moore's law // Nature News. - 2016. - V. 530. - №. 7589. - P. 144.

126. Efthymiou K. Manufacturing systems complexity review: challenges and outlook / K. Efthymiou, A. Pagoropoulos, N. Papakostas, D. Mourtzis, G. Chryssolouris // Procedia Cirp. - 2012. - V. 3. - P. 644-649.

127. Smed J. Techniques and applications of production planning in electronics manufacturing systems / J. Smed, M. Johnsson, T. Johtela, O. Nevalainen // Computer Aided and Integrated Manufacturing Systems: Volume 5: Manufacturing Processes. - 2003. - P. 1-48.

128. Chen K.N. Materials challenges in three-dimensional integrated circuits / K. N. Chen, K.N. Tu // Mrs Bulletin. - 2015. - V. 40. - №. 3. - P. 219-222.

129. Raj P. M. Novel nanostructured passives for RF and power applications: Nanopackaging with passive components / P.M. Raj, P. Chakraborti, D. Mishra, H. Sharma, S. Gandhi, S. Sitaraman, R. Tummala // Nanopackaging: From Nanomaterials to the Atomic Scale: Proceedings of the 1st International Workshop on Nanopackaging, Grenoble 27-28 June 2013. -Springer International Publishing, 2015. - P. 175-189.

130. Gardner D. S. Review of on-chip inductor structures with magnetic films / P.M. Raj, P. Chakraborti, D. Mishra, H. Sharma, S. Gandhi, S. Sitaraman, R. Tummala // IEEE Transactions on Magnetics. - 2009. - V. 45. - №. 10. -P. 4760-4766.

131. Mei Y. Rolled-up nanotech on polymers: from basic perception to self-propelled catalytic microengines / Y. Mei, A.A. Solovev, S. Sanchez, O.G. Schmidt // Chemical Society Reviews. - 2011. - V. 40. - №. 5. - P. 2109-2119.

132. Karnaushenko D. Self-assembled on-chip-integrated giant magneto-impedance sensorics / D. Karnaushenko, D.D. Karnaushenko, D. Makarov, S. Baunack, R. Schäfer, O.G. Schmidt // Advanced Materials. -2015. - V. 27. - №. 42. - P. 6582-6589.

133. Medina-Sánchez M. Cellular cargo delivery: Toward assisted fertilization by sperm-carrying micromotors / M. Medina-Sánchez, L. Schwarz, A.K. Meyer, F. Hebenstreit, O.G. Schmidt1 // Nano letters. - 2016. - V. 16. - №. 1. -P. 555-561.

134. Sharma R. Large-area rolled-up nanomembrane capacitor arrays for electrostatic energy storage / R. Sharma, C.C.B. Bufon, D. Grimm,

R. Sommer, A. Wollatz, J. Schadewald, D.J. Thurmer, P.F. Siles, M. Bauer, O.G. Schmidt // Advanced Energy Materials. - 2014. - V. 4. - №. 9. - P. 1301631.

135. Karnaushenko D.D. Compact helical antenna for smart implant applications / D.D. Karnaushenko, D. Karnaushenko, D. Makarov, O.G. Schmidt // NPG Asia Materials. - 2015. - V. 7. - №. 6. - P. e188-e188.

136. Magdanz V. Stimuli-responsive microjets with reconfigurable shape / V. Magdanz, G. Stoychev, L. Ionov, S. Sanchez, O.G. Schmidt // Angewandte Chemie. - 2014. - V. 126. - №. 10. - P. 2711-2715.

137. Karnaushenko D. Biomimetic microelectronics for regenerative neuronal cuff implants / D. Karnaushenko, N. Münzenrieder, D.D. Karnaushenko, B. Koch, A.K. Meyer, S. Baunack, L. Petti, G. Tröster, D. Makarov, O.G. Schmidt // Advanced Materials. - 2015. - V. 27. - №. 43. - P. 6797-6805.

138. Bof Bufon C.C. Self-assembled ultra-compact energy storage elements based on hybrid nanomembranes / C.C. Bof Bufon, J.D. Cojal González, D.J. Thurmer, D. Grimm, M. Bauer, O.G. Schmidt // Nano letters. - 2010. -V. 10. - №. 7. - P. 2506-2510.

139. Chua C.L. Out-of-plane high-Q inductors on low-resistance silicon / C.L. Chua, D.K. Fork, K. Van Schuylenbergh, J.P. Lu // Journal of Microelectromechanical Systems. 2003. V. 12. №. 6. P. 989-995.

140. Weon D.H. High-Q micromachined three-dimensional integrated inductors for high-frequency applications / D.H. Weon, J.H. Jeon, S. Mohammadi // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. - 2007. V. 25. №. 1. P. 264-270.

141. Huang W. Three-dimensional radio-frequency transformers based on a self-rolled-up membrane platform / W. Huang, J. Zhou, P.J. Froeter, K. Walsh, S. Liu, M.D. Kraman, M. Li, J.A. Michaels, D.J. Sievers // Nature Electronics. - 2018. - V. 1. - №. 5. - P. 305-313.

142. Sharma R. Large-area rolled-up nanomembrane capacitor arrays for electrostatic energy storage / R. Sharma, C.C.B. Bufon, D. Grimm, R. Sommer, A. Wollatz, J. Schadewald, D.J. Thurmer, P.F. Siles, M. Bauer, O.G. Schmidt // Advanced Energy Materials. - 2014. - V. 4. - №. 9. - P. 1301631.

143. Bof Bufon C.C. Self-assembled ultra-compact energy storage elements based on hybrid nanomembranes / C.C. Bof Bufon, J.D. Cojal González, D.J. Thurmer, D. Grimm, M. Bauer, O.G. Schmidt // Nano letters. - 2010. -V. 10. - №. 7. - P. 2506-2510.

144. Chalapat K. Self-organized origami structures via ion-induced plastic strain / K. Chalapat, N. Chekurov, H. Jiang, J. Li, B. Parviz, G.S. Paraoanu // Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.). - 2012. - V. 25. - №. 1. - P. 9195.

145. Cavallo F. Nano-origami: Art and function / F. Cavallo, M.G. Lagally // Nano Today. - 2015. - V. 10. - №. 5. - P. 538-541.

146. Shyu T.C. A kirigami approach to engineering elasticity in nanocomposites through patterned defects / T.C. Shyu, P.F. Damasceno, P.M. Dodd, A. Lamoureux, L. Xu, M. Shlian, M. Shtein, S.C. Glotzer, N.A. Kotov // Nature materials. - 2015. - T. 14. - №. 8. - C. 785-789.

147. Zhang Y. A mechanically driven form of Kirigami as a route to 3D mesostructures in micro/nanomembranes / Y. Zhang, Z. Yan, K. Nan, D. Xiao, Y. Liu, H. Luan, H. Fu, X. Wang, Q. Yang, J. Wang, W. Ren, H. Si, F. Liu, L. Yang, H. Li, J. Wang, X. Guo, H. Luo, L. Wang, Y. Huang, J.A. Rogers // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2015. - V. 112. - №. 38. - P. 11757-11764.

148. Xu L. Kirigami nanocomposites as wide-angle diffraction gratings / L. Xu, X. Wang, Y. Kim, T.C. Shyu, J. Lyu, N.A. Kotov // ACS nano. - 2016. - V. 10. - №. 6. - P. 6156-6162.

149. Liu Z. Invited Article: Nano-kirigami metasurfaces by focused-ion-beam induced close-loop transformation / Z. Liu, H. Du, Z.Y. Li, N.X. Fang, J. Li // Apl Photonics. - 2018. - V. 3. - №. 10.

150. Syms R. R. A. Surface tension-powered self-assembly of microstructures-the state-of-the-art / R.R.A. Syms, E.M. Yeatman, V.M. Bright, G.M. Whitesides // Journal of Microelectromechanical systems. - 2003. - V. 12. - №. 4. -P. 387-417.

151. Cho J. H. Nanoscale origami for 3D optics / J.H. Cho, M.D. Keung, N. Verellen, L. Lagae, V.V. Moshchalkov, P. Van Dorpe, D.H. Gracias // Small. - 2011. - T. 7. - №. 14. - C. 1943-1948.

152. Shaar N. S. Integrated folding, alignment, and latching for reconfigurable origami microelectromechanical systems / N.S. Shaar, G. Barbastathis, C. Livermore // Journal of microelectromechanical systems. - 2014. - T. 24. -№. 4. - C. 1043-1051.

153. Shao-Horn Y. Origami fabrication of electrochemical device on the micrometer scale / Y. Shao-Horn, C. Hidrovo, S.M. Jurga, H.I. Smith, G. Barbastathisa // 204th Meeting of the Electrochemical Society, Orlando, FL. - 2003.

154. Leong T. G. Thin film stress driven self-folding of microstructured containers / T.G. Leong, B.R. Benson, E.K. Call, D.H. Gracias // Small. - 2008. - T. 4. -№. 10. - C. 1605-1609.

155. Bassik N., Microassembly based on hands free origami with bidirectional curvature / N. Bassik, G.M. Stern, D.H. Gracias // Applied physics letters. -2009. - T. 95. - №. 9.

156. Yan Z. Deterministic assembly of 3D mesostructures in advanced materials via compressive buckling: A short review of recent progress / Z. Yan, M. Han, Y. Yang, K. Nan, H. Luan, Y. Luo, Y. Zhang, Y. Huang, J.A. Rogers // Extreme Mechanics Letters. - 2017. - T. 11. - C. 96-104.

157. Mao Y. Programmable bidirectional folding of metallic thin films for 3D chiral optical antennas / Y. Mao, Y. Zheng, C. Li, L. Guo, Y. Pan, R. Zhu, J.

Xu, W. Zhang, W.Wu. //Advanced materials. - 2017. - T. 29. - №. 19. - C. 1606482.

Публикации автора по теме диссертации

А1. Бабушкин А.С. Воздействие ионно-плазменной обработки на остаточные напряжения в микрокантилеверах / А.С. Бабушкин, И.В. Уваров, И.И. Амиров // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научной молодежной конференции «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники». Уфа. 2015. С. 135.

А2. Бабушкин А.С. Воздействие ионно-плазменной обработки на механические напряжения в металлических тонких пленках в микрокантилеверах. Сборник тезисов докладов III Международной молодежной научно-практической конференции «Путь в науку». Ярославль. 2015. С. 27.

А3. Babushkin A.S. Influence of ion-plasma treatment on residual stress in microcantilever / A.S. Babushkin, I.V. Uvarov, I.I. Amirov // 3rd International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures "Saint-Petersburg OPEN 2016": Book of abstracts. St. Petersburg, Russia. 2016. P. 488-489.

А4. Бабушкин А.С. Методика определения механических напряжений и глубины модификации в пленках, вызванных ионной бомбардировкой. IV Всероссийская научная молодежная конференция с международным участием «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники»: Сборник тезисов докладов. Уфа. 2016. С. 7.

А5. Бабушкин А.С. Влияние ширины микрокантилевера на его изгиб под действием механических напряжений. Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку»: Материалы конференции. Ярославль. 2016. С. 32.

А6. Babushkin A.S. Influence of ion-plasma treatment on residual stress in the microcantilever / A.S. Babushkin, I.V. Uvarov, I.I. Amirov // Journal of Physics: Conference Series. 2016. V. 741. P. 012208.

А7. Babushkin A.S. Determination of ion induced mechanical stresses and modification depth in thin films / A.S. Babushkin, I.V. Uvarov, I.I. Amirov // III International conference on modern problems in physics of surfaces and nanostructures: Book of abstracts. Yaroslavl, Russia. 2017. P. 116.

А8. Бабушкин А.С. Влияние ионно-плазменной обработки на остаточные механические напряжения в микробалках из Cr, закрепленных с двух концов. Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку»: Материалы конференции. Ярославль. 2017. С. 21.

А9. Babushkin A. Effect of Ar ion-plasma treatment on residual stress in thin Cr films / A. Babushkin, R. Selyukov, I. Amirov // International Conference "Micro- and Nanoelectronics - 2018": Book of abstracts. Moscow -Zvenigorod, Russia. 2018. P. 133.

А10.Бабушкин А.С. Влияние энергии ионов на эволюцию напряжений в тонких пленках Cr при низкоэнергетической ионной бомбардировке в плазме Ar / А.С. Бабушкин, И.В. Уваров // Международная молодежная научно-практическая конференция «Путь в науку»: Материалы конференции. Ярославль. 2018. С. 33.

А11. Бабушкин А.С. Влияние низкоэнергетической ионно-плазменной обработки на остаточные напряжения в тонких пленках хрома / А.С. Бабушкин, И.В. Уваров, И.И. Амиров // Журнал технической физики. 2018. Т. 88. №12. С. 1845.

A12. Babushkin A. Mechanism of influence of ion bombardment in Ar plasma on residual stress in thin Cr films. IV International conference on modern

problems in physics of surfaces and nanostructures (ICMPSN 2019): Book of abstracts. Yaroslavl. P. 56.

А13.Бабушкин А.С. Кинетическая модель влияния низкоэнергетической ионно-плазменной обработки на остаточные напряжения в тонких металлических планках. 24-я Международная конференция «Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2019)»: Труды. Москва. Т.3. С.58.

А14. Babushkin A. Effect of Ar ion-plasma treatment on residual stress in thin Cr films / A. Babushkin, R. Selyukov, I. Amirov // Proc. of SPIE, 2019. V. 11022. P. 1102223-1.

А15. Бабушкин А.С. Влияние ионно-плазменной обработки на остаточные механические напряжения в тонких пленках хрома / А.С. Бабушкин, Р.В. Селюков // Труды ФТИАН, том 28, 2019, 152 с.

А16. Babushkin A. The effect of low-energy ion bombardment on residual stress in thin metal films due to the generation of surface defects and their migration to the grain boundary, 7th International School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2020" on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures: Book of abstracts. Saint Petersburg. P. 519.

А17. Babushkin A. The effect of low-energy ion bombardment on residual stress in thin metal films due to the generation of surface defects and their migration to the grain boundary. Journal of Physics: Conference Series. 2020. V.1695, №1, P. 012194

А18. Babushkin A.S. Molecular dynamics study of mechanical stress formation in polycrystalline Cr films and the effect of Ar ion bombardment during and after deposition / A.S. Babushkin, A.N. Kupriyanov // Proceedings of the XXV International Conference «Ion-Surface Interactions ISI-2021» August 23-27, 2021 Yaroslavl, Russia, Volume 2, pp 223-226.

А19. Babushkin A. Modeling the assembly of a microinductor made by using residual mechanical stress / A. Babushkin, R. Selyukov // Proceedings of the International Conference «MICRO- AND NANOELECTRONICS - 2021» ICMNE - 2021. Book of Abstracts. October 4-8, 2021. Moscow -Zvenigorod, Russia. P.113.

А20. Бабушкин А.С. Исследование формирования механических напряжений в ходе роста поликристаллической пленки Cr методом молекулярной динамики / А.С. Бабушкин, А.В. Куприянов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2022, № 11, с. 39-48.

А21.Babushkin A.S. Molecular dynamics study of reversible relaxation of compressive mechanical stress in polycrystalline metal films after the interruption of their deposition / A.S. Babushkin, A.N. Kupriyanov // Proceedings of the XXVI International Conference «Ion-Surface Interactions ISI-2021» August 21-25, 2023 Yaroslavl, Russia, Volume 2, pp 72-5.

А22.Бабушкин А. С., Исследование методом молекулярной динамики обратимой релаксации сжимающих механических напряжений в поликристаллических пленках металлов после остановки их осаждения / А. С. Бабушкин, А. В. Куприянов // Журнал технической физики. - 2023. - Т. 93. - № 10. - С. 1387-1395.

А23. Babushkin A. Development of a toroidal microinductor made by self-assembly using residual mechanical stress / A. Babushkin, R. Selyukov // Proceedings of the International Conference «MICRO- AND NANOELECTRONICS - 2023» ICMNE - 2023. Book of Abstracts. October 2-6, 2023. Moscow - Zvenigorod, Russia. P.62.