BCB介质层同轴TSV的热力学仿真分析

穿透硅通孔（through silicon via,TSV）的热机械可靠性问题已经成为制约TSV市场化应用的重要因素.本文对BCB介质层同轴TSV的热力学特性进行了研究分析,同时对其几何参数（SiO₂绝缘层厚度、屏蔽环厚度、TSV间距、中心信号线半径）进行了变参分析,为降低热应力提供指导意见.结果表明,在阻抗匹配的前提下,通过增加SiO₂绝缘层厚度、减小屏蔽环厚度能够有效降低同轴TSV的诱导热应力;相比之下中心信号线半径和TSV间距的变化对其影响可忽略不计.      

退火工艺对于TSV结构热-机械可靠性影响研究

针对铜柱穿透硅通孔（through silicon via,TSV）结构的热机械可靠性,进行退火工艺对其影响的有限元分析研究.介绍了基于聚酰亚胺（Polyimide,PI）介质层的TSV结构的加工工艺.比较了在400℃退火温度,保温退火30 min条件下,PI和SiO₂分别作为介质层时TSV结构的Von Mises应力及Cu胀出高度的分布.在此基础上,进一步针对PI-TSV结构分别对其尺寸参数（介质层厚度以及TSV直径、高度、间距）和退火工艺参数（退火温度、时间）进行变参分析.结果表明,与SiO₂-TSV相比,PI-TSV结构退火后具有更好的热机械可靠性,并且适当增加介质层厚度是降低退火后PI-TSV结构的Cu胀出高度和以及热应力的有效方法.      

低阻硅TSV与铜填充TSV热力学特性对比分析

对低阻硅TSV以及铜填充TSV的热力学性能通过有限元仿真的方法进行对比分析.低阻硅TSV在绝缘层上方以及低阻硅柱上方的铝层区域中凸起最为显著,且高度分别为82 nm和76 nm;铜填充TSV的凸起位置主要集中在通孔中心铜柱的上方,最大值为150 nm.应力方面,低阻硅TSV在绝缘层两侧的应力最大,且最大值为1 005 MPa;铜填充TSV在中心铜柱外侧应力最大,且最大值为1 227 MPa.另外,两种结构TSV的界面应力都在靠近TSV两端时最大.低阻硅TSV界面应力没有超过400 MPa,而铜填充TSV在靠近其两端时界面应力已经超过800 MPa.综上所述,相比于铜填充TSV,低阻硅TSV具有更高的热力学可靠性.      

2.5D集成电路中低阻硅通孔的电学性能研究

2.5D集成技术（转接层技术）可以实现不同芯片间的异质集成,基于低阻硅通孔（TSV）的转接层利用了低阻硅的良好导电性,可以代替铜基硅通孔,具有工艺简单、成本低廉的优点.本文对低阻硅通孔进行了电磁学仿真,在1 GHz时,回波损耗S₁₁为-24.7 dB,插入损耗S₂₁为-0.52 dB基本满足传输线的要求.提出了等效电路模型,与电磁仿真结果对比,具有较好的一致性,可以实现在0.1~10 GHz带宽内的应用.最后对低阻硅通孔进行了TDT/TDR及眼图仿真,结果表明虽然低阻硅通孔的电阻对压降有较大影响,但是寄生电容的影响相对较小.      

低阻硅TSV与铜TSV的热力学变参分析

硅通孔（through-silicon-via,TSV）是三维集成技术中的关键器件.本文对低阻硅TSV与铜TSV的热力学特性随各项参数的变化进行了比较.基于基准尺寸,比较了低阻硅TSV和铜TSV在350℃的工作温度下,最大von Mises应力和最大凸起高度之间的不同.基于这两种结构,分别对TSV的直径、高度、间距进行了变参分析,比较了不同参数下,两种TSV的热力学特性.结果表明,低阻硅TSV具有更好的热力学特性.      

合成条件对高硅SSZ-13分子筛膜单气体渗透性能的影响

采用2次水热合成法在多孔莫来石支撑体外表面上制备高硅SSZ-13分子筛膜,考察了合成溶胶中的Si/Al比、晶化时间、晶化温度、H₂O/SiO₂比对合成高硅SSZ-13分子筛膜的单气体渗透性能的影响.高硅SSZ-13分子筛膜的CO₂和CH₄的单气体渗透性能依赖于合成溶胶中的Si/Al比,Si/Al比越高,越有利于气体分离.其次,合成溶胶中H₂O/SiO₂比和晶化条件也能够影响分子筛晶体形貌、分子筛层厚度以及分子筛膜的单气体渗透性能.当合成溶胶的摩尔配比为1.000 SiO₂:0.100 Na₂O:0.100 TMAdaOH:80.000 H₂O:0.005 Al₂O₃,晶化时间和温度分别为48 h和160 ℃时,制备的高硅SSZ-13分子筛膜具有最佳的单气体渗透性能,对CO₂的渗透速率可达到3.0×10^-7 mol· m^-2·s^-1·Pa^-1),CO₂/CH₄的理想选择性为39.     

硅基微结构气体传感器结构的有限元模拟分析

利用金属铂的热阻、 热敏特性, 以及SiO₂和SiN_x良好的绝 热、 绝缘特性, 设计一种以铂丝为加热层, 叉指状的金电极为敏感膜信号电极, SiO₂和SiN_x为隔热和电绝缘层的硅基微热板结构气敏元件. 并利 用有限元分析工具ANSYS, 对所设计的硅基微结构气敏元件的加热器进行了稳态过程和瞬态 过程的模拟和分析, 得到了元件表面的稳态热场分布和瞬态响应的分析结果.     

二氧化硅气凝胶的性能受热过程的影响

成功地以水玻璃为硅源,经乙醇溶剂替换及六甲基二硅醚和盐酸的混合液对SiO₂湿凝胶表面基团改性后,常压干燥制备出低密度、高比表面积、超疏水、低热导率的高性能SiO₂气凝胶块体.SiO₂气凝胶在室温至400℃附近具有稳定的疏水性能,460℃附近气凝胶由疏水型完全转变成亲水型.重点研究了室温至400℃之间,SiO₂气凝胶的微观结构和物理性能受热处理过程的影响.SiO₂气凝胶即使经过400℃高温热处理后,仍能保持优异的疏水性能、较高的比表面积和较低的热导率等.     

Ti-Si复合氧化物催化剂的合成、表征及邻苯二酚O-单醚化反应性能

采用溶胶-凝胶法制备了不同Ti/Si比的钛硅氧化物及纯SiO₂和TiO₂样品, 通过XRD, FT-IR, UV-vis, NH₃-TPD和氮吸附等手段对材料的物理化学性质进行了表征. 结果表明, Ti-Si复合氧化物以无定形状态存在, 随着硅量的增加, 钛的存在形态由六配位为主向四配位为主转变, 表面酸量降低; 样品在以邻苯二酚和甲醇为原料气相法合成愈创木酚反应中的活性结果表明, n(Ti) ∶n(Si)＝6 ∶1的样品活性最高68％, 随着Ti/Si的减小活性降低, 这可能与样品表面酸量和酸类型变化有关.     

以双硅源为前驱体调控制备SiO2杂化膜及其脱盐性能

该文以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为硅源,采用溶胶-凝胶法制备SiO₂杂化膜.探究了物质的量比例n(APTES):n(BTESE)对SiO₂杂化膜的结构及其脱盐性能的影响.XRD、TEM等表征结果表明:在APTES与BTESE发生水解共缩合反应时SiO₂膜仍是非晶态结构,其结构没有发生变化.在30 ℃下、质量分数为3.5%的NaCl溶液中,当n(APTES):n(BTESE)=5:95时,优化制备的SiO₂杂化膜的水通量为15.6 kg·m^-2·h^-1,盐截留率接近100%.     

金属硅的酸洗和氧化提纯

为了降低金属硅酸洗的后续工艺难度,在成熟的常温酸洗技术的基础上加上湿氧氧化新技术对金属硅进行提纯.酸洗主要作用是去除大部分裸露在金属硅颗粒表面的金属杂质;而湿氧氧化后,使颗粒内部分凝系数(在硅和二氧化硅系统中的分凝系数)较小的硼在高温下扩散进入二氧化硅中,再腐蚀去除氧化层和其中的杂质.实验表明该方法对硼杂质有明显的提纯作用,提纯后,硼杂质的含量最低为4×10-6.两种技术在工艺上兼容,在提纯目标上互补,是非常有效的低能耗和低成本的提纯方法.     

二氧化硅电脱氧反应的交流阻抗谱

采用交流阻抗等电化学技术研究了SiO2在等物质的量CaCl2和NaCl熔盐中的电脱氧反应.交流阻抗谱表明,SiO2电脱氧为单质硅的反应是两步反应,与循环伏安曲线上的两个还原电流峰相符合.电脱氧后电极产物的XRD分析证实,在反应体系存在着下列中间物:SiO,CaSiO3和Ca2SiO4.通过拟合交流阻抗谱与等效电路,得到SiO2电脱氧反应的电荷传递电阻、双电层电容和活化能.在低电压范围内,电荷传递电阻和活化能均随阴极电压的增加而降低,表明SiO2电脱氧反应的速度控制步骤是电荷传递过程.本研究工作对提高SiO2电脱氧过程的电流效率有重要意义.     

CaF2--SiO2型硅传感器辅助电极的制备及其定硅性能

以CaF2+SiO2作为硅传感器辅助电极材料,将其均匀涂覆于ZrO2( MgO)固体电解质表面,在高纯Ar气保护下,1400℃焙烧30 min制备得到定硅传感器.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能量色散谱仪系统研究了制备条件对于焙烧后形成的辅助电极膜层组成、物相和微观形貌的影响.膜层中不存在CaF2,而是以SiO2固体颗粒、CaO·MgO·2SiO2固溶体及ZrSiO4为主.另外,探讨了辅助电极膜层中物相的变化对于膜层黏结性以及定硅性能的影响.在1450℃下对铁液中硅含量进行测试,传感器响应时间在10 s左右,稳定时间在20 s以上,而且传感器的重复性也很理想.当铁液中硅质量分数在0.5%~1.5%时,硅传感器测量值与化学分析法分析值相吻合.     

PECVD法在聚酰亚胺上沉积氮化硅薄膜的工艺研究

采用了等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在聚酰亚胺(Polyimide，PI)牺牲层上生长氮化硅薄膜；利用微旋转结构测量氮化硅薄膜的残余应力；讨论沉积温度、射频功率、反应气体流量比等工艺参数对氮化硅薄膜的残余应力的影响，并把薄膜的残余应力分为热应力和本征应力加以分析，得出适合制作射频MEMS开关器件中的桥式梁的氮化硅薄膜的最佳工艺条件。     

New insights into the effects of silicon content on the oxidation process in silicon-containing steels

Simultaneous thermal analysis (STA) was used to investigate the effects of silicon content on the oxidation kinetics of silicon- containing steels under an atmosphere and heating procedures similar to those used in industrial reheating furnaces for the production of hot-rolled strips. Our results show that when the heating temperature was greater than the melting point of Fe₂SiO₄, the oxidation rates of steels with different silicon contents were the same; the total mass gain decreased with increasing silicon content, whereas it increased with increasing oxygen content. The oxidation rates for steels with different silicon contents were constant with respect to time under isothermal conditions. In addition, the starting oxidation temperature, the intense oxidation temperature, and the finishing oxidation temperature increased with increasing silicon content; the intense oxidation temperature had no correlation with the melting of Fe₂SiO₄. Moreover, the silicon distributed in two forms: as Fe₂SiO₄ at the interface between the innermost layer of oxide scale and the iron matrix, and as particles containing silicon in grains and grain boundaries in the iron matrix.     

低功耗肖特基整流器件用200mm高均匀性硅外延层生长工艺研究

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大,易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。本文利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性<1.0 %,电阻率不均匀性<1.1 %,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

Constructal entransy optimizations for insulation layer of steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions

Based on the entransy dissipation extremum principle for thermal insulation process, the constructal optimizations for a plane insulation layer of the steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions are carried out by taking the minimization of entransy dissipation rate as optimization objective. The optimal construct of the plane insulation layer is obtained. The results show that for the convective heat transfer boundary condition, the optimal constructs of the insulation layer obtained based on the minimizations of the entransy dissipation rate and heat loss rate are obvi- ously different. Comparing the optimal construct obtained based on the minimization of the entransy dissipation rate with that based on the minimization of the heat loss rate, the entransy dissipation rate is reduced by 5.98 %, which makes the global thermal insulation performance of the insulation layer improve. For the combined convective and radiative heat transfer boundary condition, compared the insulation layer having an increasing thickness with that having constant thickness and a decreasing thickness, the entransy dissipation rates are reduced by 16.59 % and 39.72 %, respectively, and the global thermal insulation performance of the insulation layer is greatly improved.There exits an optimal constant coefficient α2,opt which leads to the minimum dimensionless entransy dissipation rate of the insulation layer. The difference between the optimal constant coefficients α2,opt obtained based on the minimizations of the entransy dissipation rate and the maximum temperature gradient of the insulation layer is small. This makes the corresponding thermal stress obtained based on the minimum dimensionless entransy dissipation rate also be small, and the global thermal insulation performance and thermal safety of the insulation layer are improved simultaneously. The results obtained can provide some guidelines for the optimal designs of the insulation layers.