高k电介质及其设备

"2007年11月,英特尔量产高k电介质45nm微处理器"。它表明高k电介质/金属栅极技术已商业化。它可确保摩尔定律至少再延续10年。但是,ITRS2006修正版指出,高k电介质/金属栅极在低静态功耗(LSTP)逻辑IC的预期应用时间是2008年,高k电介质/金属栅极在高性能和低功耗(LOP)IC的预期应用时间是2010年。制造高k电介质的设备是化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)设备。制造金属栅极的设备是物理气相沉积(PVD)和ALD设备。     

AP-FIM研究磁性材料微结构

场离子显微镜(FIM)是一种具有高分辨高放大倍数且能直接观察到固体表面单个原子的技术,将FIM与飞行时间质谱计配合构成原子探针——场离子显微镜(AP-F_2M)可鉴别极微区域(几nm)的化学成份,因此是研究材料微结构的有力工具。本文用AP-FIM研究了Al-Ni-Co永磁材料的微结构。用场离子显微镜观察了合金中沉淀相的形貌并用原子探针测定了不同沉淀相的化学成份及数量合金元素在沉淀相中分布。结果表明,合金中存在富铝相,富镍-钴相铁-钴-镍桐,少量Ce及Cu分布在富镍-钴相中。     

第一性原理计算金属原子对石墨烯光电性能的调制

基于第一原理计算,研究最活泼的金属(Na, K,Al)以及实验上常用的金属(Ti, Ag, Ru, Au,Pt)等八种金属原子对石墨烯的功函数和光学性质的调制。结果表明,除了Ti和Ru原子外,所有的吸附原子均失去电子,导致石墨烯的狄拉克锥向低能方向移动。所有吸附结构的功函数均低于本征石墨烯。特别是Ti或Ru原子与石墨烯之间存在较强的相互作用,导致Ti和Ru吸附石墨烯的功函数较小。由于吸附原子的存在,使得石墨烯的光学性质发生了很大的变化。不同吸附结构的静态介电函数差别很大;吸附原子后,石墨烯对可见光和红外光的吸收强度大大增加。     

第一性原理计算金属原子对石墨烯光电性能的调制（英文）

基于第一原理计算,研究最活泼的金属(Na,K,Al)以及实验上常用的金属(Ti,Ag,Ru,Au,Pt)等八种金属原子对石墨烯的功函数和光学性质的调制。结果表明,除了Ti和Ru原子外,所有的吸附原子均失去电子,导致石墨烯的狄拉克锥向低能方向移动。所有吸附结构的功函数均低于本征石墨烯。特别是Ti或Ru原子与石墨烯之间存在较强的相互作用,导致Ti和Ru吸附石墨烯的功函数较小。由于吸附原子的存在,使得石墨烯的光学性质发生了很大的变化。不同吸附结构的静态介电函数差别很大;吸附原子后,石墨烯对可见光和红外光的吸收强度大大增加。     

通过四波混频产生相干可调谐的真空紫外辐射

由于高激发态原子和分子物理、光化学、等离子体诊断及其它一些领域的研究对于短波长辐射源的需要,近年来许多实验室一直在努力发展新的相干紫外(UV),和真空紫外(VUV)光源。 在金属原子蒸气或惰性气体中,三次谐波的产生(THG)及四波混频巳被广泛地用于产生相干的UV和VUV辐射。 本文介绍通过四波混频过程产生相干可调谐VUV辐射的原理,使用的非线性物质、实验装置及79年以后的新进展。     

用“胶体-原子薄片”模型计算W(100)-Cs吸附系统的逸出功

碱或碱土金属的原子吸附于过渡金属表面时,会使后者的逸出功急剧下降。作者提出了“胶体-原子薄片”模型来研究这一现象。过渡金属基底用薄膜线性级加平面波(LAPW)法精确处理,而简单金属覆层则用胶体(jellium)模拟。此模型可在充分考虑构成基底的过渡金属特点的情况下,研究单原子层覆盖度以下的吸附系统的电子性质。 文中给出了计算所得W(100)面吸附Cs后的φ-θ曲线。所得逸出功极小值φ_(min)=1.44—1.48eV与实验结果(φ_(min)=1.35—1.55eV)吻合较好,文中还讨论了E_v参量的选择等问题。     

无飘移电迁移理论(扩散产生复合俘获理论)

电迁移是在高电流密度下金属导体中原子输运,它在导体中产生空位,增加导体的电阻.Huntington于1961年描述电迁移;Black于1969年推导经验电阻公式用以模拟电迁移,给出电阻和失效实验数据对电流密度和温度的依赖关系.Tan于2007年总结Black经验公式在连接晶体管和其他硅集成电路器件的导线方面四十年运用情况.自1957年第一个Landauer理论以来,理论工作者用50年试图论证飘移力,即Black假设的电子动量转移,又称电子风力,作用到金属原子和离子上,可使它们移动.Landauer于1989年断定,即使运用最基本和完备的多体量子输运理论,电子风力也站不住脚.本文回顾用于金属导线的无飘移或无电子风力原子空位模型.萨在八十年中提出这模型,在1996年以课外作业题解的形式描述这模型.该模型解释了用Black经验公式拟合的电阻实验数据的电流和温度依赖关系.得到精确解析方程,描述两种极限情形下金属导线电阻或电流,R(t)/R(0)=J(t)/J(0)=[1-2(t/τα)1/α]-1/2:从低到高电流密度,价键断裂情形α=1～2和原子扩散情形α=2～4.其中τα是电迁移机理的时间特征常数,含有价键断裂率,原子扩散系数和激发能.     

无飘移电迁移理论（扩散产生复合俘获理论）

电迁移是在高电流密度下金属导体中原子输运,它在导体中产生空位,增加导体的电阻.Huntington于1961年描述电迁移;Black于1969年推导经验电阻公式用以模拟电迁移,给出电阻和失效实验数据对电流密度和温度的依赖关系.Tan于2007年总结Black经验公式在连接晶体管和其他硅集成电路器件的导线方面四十年运用情况.自1957年第一个Landauer理论以来,理论工作者用50年试图论证飘移力,即Black假设的电子动量转移,又称电子风力,作用到金属原子和离子上,可使它们移动.Landauer于1989年断定,即使运用最基本和完备的多体量子输运理论,电子风力也站不住脚.本文回顾用于金属导线的无飘移或无电子风力原子空位模型.萨在八十年中提出这模型,在1996年以课外作业题解的形式描述这模型.该模型解释了用Black经验公式拟合的电阻实验数据的电流和温度依赖关系.得到精确解析方程,描述两种极限情形下金属导线电阻或电流,R(t)/R(0)=J(t)/J(0)=[1-2(t/τα)1/α]-1/2:从低到高电流密度,价键断裂情形α=1～2和原子扩散情形α=2～4.其中τα是电迁移机理的时间特征常数,含有价键断裂率,原子扩散系数和激发能.     

磁性复合材料的研究现状

磁性复合材料主要分为永磁复合材料和软磁复合材料两大类。稀土永磁材料是最早发展起来的永磁材料，一直占据主流地位。它是稀土元素和过渡族金属形成的一类高性能永磁材料，其性能特征是磁化强度高，剩余磁感应强度高，矫顽力性能较好，且是目前种类最多和应用最广的磁性材料。这类材料径历了SmC05、Sm2Co17、Nd2Fe14 B等3个发展阶段，目前Nd—Fe—B永磁材料以其高性能、轻型和微型的特征独占鳌头。目前有报道称可以得到磁能积达558．4kJ／m^3的烧结NdFeB永磁体，但其加工性能较差。     

无铅焊料的研究（4）——电迁移效应

电迁移是金属原子沿着电流方向的移动。阐述了无铅焊料中电迁移的物理特性,由于焊点的特殊几何形状,电流拥挤效应将发生在焊点与导线的接点处;电迁移效应导致无铅焊料中金属间化合物(IMC)的生成与溶解,以及焊点下的金属化层(UBM)的溶解和消耗,使原子发生迁移并会产生孔洞,造成焊点破坏,缩短了焊点平均失效时间(MTTF),从而带来可靠性问题。     

金属蒸气激光器窗口污染问题的研究

提出了金属蒸气激光器中金属原子在激光器隔离头中运动的理论模式──无规行走模式．从实验上验证了该模式．在此理论模式的基础上．设计出一种新的抗金属蒸气污染的隔离头．其原理是．在金属蒸气原子无规行走过程中．用多片高凝结系数的金属片来吸附碰撞在它上面的金属蒸气原子．从而实现对窗口的保护作用．还用ＭｏｎｔｅＣａｎｌｏ数值模拟方法．模拟了金属原子的运动，显示了新型隔离头的抗污作用．它的抗污能力比普通的隔离头有明显的提高．     

金属薄膜的迁移和界面反应

一、引言由于在金属中加上电流应力而使金属原子迁移的现象称为电迁移。最近对薄膜迁移的研究甚多,而且正在改进。然而随着器件性能的提高和小型化的要求,这种迁移现象已成为不能忽视的。再者,金属和硅或二氧化硅,与PSG的反应也成为使器件退化的原因之一。二、质量束流的概念 N=N_oexp(-E_a/kT) N为在常温下金属原子处于激励状态的数目。当金属上加上电流应力时,电子与原子碰撞,使原子沿着电子流的方向流动。此时原子虽也受到电场的反向作用力qZE(Z即原子的带电数),然而它比电子方向的力要小。因而原子受到两个方向的力之和如下式所示:     

挖掘钟表业加工潜力开发精密高档永磁元件

随着我国磁性材料工业的发展,永磁材料元件加工业得到了长足的发展,使永磁材料在各行各业的应用成为可能和现实。永磁元件特别是作为精密小型元件的加工,由于永磁材料的特殊性能——高硬度(铁氧体硬度达HRC70以上)、高脆性等决定了该加工行业的特殊性,不是一般机械加工行业能够胜任的。     

用于硅器件和集成电路的某些吸除技术

我们知道,Si中的缺陷(如位错、层错、滑移线等)和某些微量杂质(Cu、Au、Fe等),对器件性能和成品率的影响是很大的。而最坏的情况还是晶体缺陷与重金属杂质的结合(缺陷处原子排列较松散,则金属原子易于沉淀在缺陷附近),这往往是影响器件成品率的一个重要因素。因此,设法减少金属杂质在Si中的含量,对提高器件成品率(特别是对受P-N结漏电限制的成品率)将具有很重要的意义。     

3D MIM电容器原子层沉积可控生长及电学性能

为提高电容器的比电容,设计了基于三维(3D)结构的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器.采用原子层沉积(ALD)技术制备电容器功能薄膜层,通过建立3D结构原子层沉积理论模型,拟舍得到了原子层沉积过程中薄膜覆盖率与3D结构之间的依赖关系.基于该模型优化了工艺参数,制备了不同介质层厚度的电容器,并对器件进行了C-V和I-V特性测试,得到电容器击穿场强和介电常数均值分别为6.68 MV/cm和7.95.同时,制备的3D MIM电容器的比电容达到212.5 fF/μm2,相比常规平面电容器,其电容密度提高了一个数量级.且该电容器击穿场强和介电常数与薄膜厚度之间具有良好的线性关系,表明理论模型合理,实现了基于3D结构的原子层沉积薄膜可控生长.     

原位透射电镜在纳米多孔金原子尺度变形研究中的应用

纳米多孔金(NPG)具有高曲率、高比表面积的结构特征，且比强度较高，作为一种结构功能一体化材料受到广泛关注。然而，影响NPG实际应用的最大障碍之一是其在拉伸作用下内部单根韧带失效导致的塑性失稳。过去的研究主要集中在宏观力学实验的研究，无法直接观察单根韧带的塑性变形行为。随着原位透射电子显微镜(transmission electron microscopy, TEM)的发展，已具备从原子尺度研究NPG中单根韧带塑性变形过程的能力，这对理解NPG变形机理进而合理设计制备高塑性纳米多孔结构金属具有重要意义。本文主要以近几年利用球差校正透射电子显微镜(Cs-corrected TEM)原位原子尺度研究NPG塑性变形的系列工作为例，简要综述了NPG单根韧带在塑性变形过程中位错运动(攀移和滑移)和表面原子扩散行为的最新进展，并对纳米结构金属材料的未来研究进行了展望。     

单原子催化剂电催化氧还原产过氧化氢研究进展

通过电催化两电子氧还原反应生产过氧化氢是替代传统集中式蒽醌工艺的一种有效方法,但这种工艺依赖一种低成本、高活性和高选择性的催化剂。近年来,单原子催化剂由于其近100%的原子利用效率、可调控的电子结构和优异的催化性能,被认为是一种潜在的氧还原产过氧化氢催化剂。然而,对单原子催化剂活性的调控仍然是一个挑战。文中从氧还原反应的机理出发,阐明了活性金属中心与*OOH的结合强度对氧还原反应途径的影响,并从金属中心原子、配位原子和活性中心周围环境等3个方面来系统性地说明调控单原子催化剂的结构对金属中心与*OOH结合的影响,揭示了产过氧化氢的活性和选择性来源。     

ULSI制备中铜布线的两步抛光技术

在超大规模集成电路(ULSI)铜布线工艺中,采用阻挡层来提高铜与衬底的粘附性,主要是为了防止铜原子向介质或衬底中扩散.为了达到全局平面化,就需要克服阻挡层金属与布线金属铜因化学和物理性质的不同而导致其化学机械抛光(CMP)速率的不同.通过研究和一系列试验,采用两步抛光,初抛中采用高化学作用,终抛中采用高机械作用,达到较好的全局平面化效果,并提出了初抛的CMP模型.     

TaON界面层Hf基高κ栅介质Ge MOS电容特性研究

制备了含TaON界面层的Hf基氧化物和氮氧化物叠层高κ栅介质GeMOS电容。器件的测量结果表明,HfTaON/TaON叠层栅介质GeMOS电容表现出良好的界面特性、低的栅极漏电流密度、小的等效氧化物厚度(0.94nm)、高的介电常数(～24)和良好的可靠性。这些都归因于TaON界面层阻挡了O及金属原子向Ge衬底的扩散,抑制了不稳定的低κGeOx的生长,从而改善界面质量,增强器件性能。     

ULSI制备中铜布线的两步抛光技术

在超大规模集成电路 (U L SI)铜布线工艺中 ,采用阻挡层来提高铜与衬底的粘附性 ,主要是为了防止铜原子向介质或衬底中扩散 .为了达到全局平面化 ,就需要克服阻挡层金属与布线金属铜因化学和物理性质的不同而导致其化学机械抛光 (CMP)速率的不同 .通过研究和一系列试验 ,采用两步抛光 ,初抛中采用高化学作用 ,终抛中采用高机械作用 ,达到较好的全局平面化效果 ,并提出了初抛的 CMP模型 .