Sn及SnPb薄膜表面锡须生长研究

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1、中文摘要采用Blech结构，利用掩膜及磁控溅射方法，在玻璃基底上分别制备了纯Sn和SnPb合金条状薄膜。测试样品放置在室温环境中，加载电流长度为170gm、250gm、450岫，加载电流密度分别为6×103A／cm2，1．2×l04A／cm2，2×104A／cm2，利用电迁移理论研究了不同的电流密度和加载电流长度对纯Sn和SnPb薄膜质量输运过程的影响。实验中发现，电流密度对样品内部的质量输运过程影响很大，在电流密度为6x103A／cm2时，长时间加载电流，两种薄膜样品的阴极和阳极基本没有变化。对于纯S

2、n薄膜，电流密度1．2×104A／cm2是一个锡须生长的适宜条件，样品温度40oC，也是锡须牛长的适宜温度。在上述条件下，纯Sn薄膜的阳极出现了大量细丝状锡须，阴极出现了明显的空穴消耗区。SnPb薄膜由于Pb的添加，改变了薄膜的内部和表面结构，在阳极出现了大量的小丘状凸起。电流密度2x104A／cm2条件下，由于电流聚集效应和焦耳热效应的影响，两种样品的阳极都出现了熔化的现象。不同于纯Sn薄膜的是，SnPb薄膜在此电流密度下，经过35h样品表面出现了明显的三区分层：空穴消耗区，富Sn区和富Pb区。这是由

3、不同元素的电迁移率不同造成的。采用溅射方法在Cu和玻璃基底分别镀了一层厚度为1gm的纯Sn薄膜，放置在自然环境中。经过一段时间，以Cu为基底的试样表而有明显的锡须生长现象，而玻璃基底表面没有发现锡须生长。Cu基底试样表面锡须生长的驱动力来源于Cu向Sn层中的扩散导致的界面和晶界处金属间化合物的形成。实验过程中玻璃基底表面出现了两种颜色不同的Sn薄膜，经过分析得出：两种Sn薄膜结构不同。黑灰色薄膜表面锡须生长迅速，而灰向色薄膜表面没有锡须生长。可以认为黑灰色薄膜结构中存在(101)晶面，有利于锡须生长。关

4、键词：锡须，磁控溅射，电迁移，自发生长ABSTRACTSnandSnPbstrips，0．8Ⅲminthickness，weresputteredontheglasssubstrate，usingBlechstructureandmasks．Thesampleswereplacedatroomtemperature．Theeffectivelengthofcurrentstresswere170pm。250Ⅲ11and450lain，andthecurrentdensitieswere6×103A／cm

5、2，1．2x104A／cm2and2x104A／cm2，respectively．Theeffectofdifferentcurrentdensitiesanddifferenteffectivelen舀hsOilthemassmigrationwasstudiedusingelectromigrationmethod．Itwasfoundthatcurrentdensitieshadagreatinfluenceonthemassmigration．Bothanodeandcathodesideswe

6、realmostunchangedofthetwOsamplesafterstressingatthecurrentdensityof6x103A／cm2．ForthepureSnthinfilm．1．2x104A／cm2wasasuitableconditionforthegrowthoftinwhiskers．Thetemperatureofthesamplesofabout40oCwasalsothesuitabletemperatureforthegrowthoftinwhiskers．Thet

7、inwhiskersgrewattheanodeside，andvoidswereobservedatthecathodesideofthepureSnfilm．BecauseoftheadditionofPb，alargenumberofhillock—typewhiskerswereformedonthesurfaceofSnPbfilmwhichisdifferentfromthepureSnfilm．Whenstressedat2x104A／cm2，duetocurrentcrowdingand

8、Jouleheateffect，thefilmsmeltedattheanodeside．ButsignificantlydifferentfrompureSnfilm，after35h，SnPbfilmexistedthreelayers：voids，Sn-richandPb—rich．Itisobviouslythatdifferentelementshaddifferentmassmigrationrate．PureSnfilms，w