硅化钒在陶瓷材料方面的应用

2020/10/25 9:01:40

背景及概述[1][2]

硅化物是制备大规模集成电路的关键材料,用它可以作电路的欧姆接触、肖特基势垒和电极引线,超大规模集成电路结深很浅,如64 兆位的超大规模集成电路的PN 结深度浅到200nm ,在如此浅结表面用常规的方法制备电极引线,经常导致PN 结穿通,使电路失效,为此则需要制备薄层硅化物,其中硅化钒是一种的选择。近年来,随着高速集成电路发展的要求,制备金属基三极管(MBT)和穿通三极管(PBT)的要求出现,离子注入合成薄层硅化物成了新的热点,但是用常规离子注入机注入合成硅化物,由于引出金属离子种类少,束流弱,效率低。

有研究采用金属蒸发真空弧(MEVVA)离子源进行离子注入,克服了上述困难,提高了注入效率,拓宽了应用范围,取得了满意的结果,开辟了合成薄层硅化物的新途径。清华大学的柳百新教授在该方面的研究也取得了丰硕的成果,这方面的研究,我国处于国际先进地位。特别是MEVVA 离子源还可以提供直径达到1 米的束斑,更适合于现大直径的超大规模集成电路微细加工的需要。

结构

应用[2-7]

1. 制备硅化钒薄膜。用大束流密度的钒金属离子注入硅,能够直接合成性能良好的薄层硅化物。随束流密度的增加,硅化钒相生长,薄层硅化物的方块电阻RS 明显下降,当束流密度为25μA/cm2 时,Rs 达到最小值22Ψ,说明连续的硅化物已经形成。X 衍射分析表明,注入层中形成了V3Si 、V5Si3 、V3Si5 和VSi2 四种硅化钒。经过退火后,Rs 明显地下降,Rs 最小可降到9Ψ,电阻率可小到72μΨm ,说明硅化钒薄层质量得到了进一步的改善,大束流密度注入和退火后,硅化钒相进一步生长。大束流密度注入和高温退火(1200 ℃)仍然具有很低的薄层电阻率,这充分说明硅化钒具很好的热稳定性。透射电子微镜观察表明,连续硅化钒薄层厚度为80nm 。

2. 制备一种吸声陶瓷材料。所述材料包含基体层和表面层,所述基体层包括如下重量组份的各物质:三氧化二镍11-22份、硅酸镁铝5-11份、氮化硼4-8份、硅化钒2-6份、玻璃纤维4-7份、氧化锰6-10份;所述表面层包括如下重量组份的各物质:二氧化钍3-7份、硅酸铋3-8份、氯醇橡胶5-10份、聚酰胺树脂4-9份、甘油磷酸酯7-11份。通过以陶瓷材料为基体层,并在基体层表面涂覆具备吸声性能的表面层,两者结合制备得到吸声陶瓷材料,既具有吸声功能,又具备良好的防尘、防火等性能,使用寿命显著延长。

3. 制备一种复合高强氧化锆陶瓷材料。所述的陶瓷材料包括氧化锆20-40份、碳化硅5-12份、碳化钨4-10份、氮化硼3-7份、硼化锆3-7份、硼化钼2-7份、硅化钨2-6份、硅化钡2-6份、硅化钒2-4份、硼化钽3-6份。制备方法包括以下步骤:步骤1:将各成分在球磨机中机械球磨;步骤2:球磨后,把陶瓷材料在烧结炉内高温烧结,升温速率为30-70℃/min,先升高温度至900-950℃,保持温度不变2h,再升高至温度为1250-1350℃,保持温度不变3h,降低至室温,制备为复合高强氧化锆陶瓷材料。

4. 制备一种磷石膏和粉煤灰制酸联产耐压耐热陶瓷材料。包括如下步骤:将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料;制得的熟料进行溶出,并进行固液分离;将分离得到的残渣经浮选,分离得硫化物;将分离出的硫化物加工制得硫酸;将分离得到的溶液制备高纯氧化铝粉;将高纯氧化铝粉与氧化钡、氧化钙、三氧化二铬、硅化钒、碳化铪和硼化锆均匀混合,采用球磨机进行球磨得混合物料;将混合物料高温烧结得耐压耐热陶瓷材料。上述材料具有制酸和制备耐压耐热陶瓷材料成本低,废渣利用率高,工艺简单,采用高纯氧化铝粉制备的耐压耐热陶瓷材料具有较好的耐压和耐热的强度的特点。

5. 一种复合生物陶瓷材料。所述的生物陶瓷材料包括包括铝酸钙12-18份、氧化硅10-16份、磷酸铝14-20份、硅酸镁铝10-15份、氧化钙5-8份、硅酸锆3-7份、硅化铌6-11份、硅化钒5-13份、氮化硼4-9份、硼化钼6-10份。制备方法为以下步骤:(1)取上述的材料进行高速混匀;(2)用球磨机进行球磨;(3)热压炉中进行压制成型,升温热压炉温度至760-800℃,保温1h,升至温度为1230-1430℃,高温烧结,冷却至室温后为复合生物陶瓷材料。

制备 [1]

由按配比的金属钒和单质硅在惰性气体防护下经高温直接反应而得。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] 张通和. 钒离子注入硅合成硅化钒薄层[J]. 微细加工技术, 2000 (1): 21-25.

[3] CN201611154091.X一种吸声陶瓷材料及其制备方法

[4] CN201610162730.0一种复合高强氧化锆陶瓷材料及其制备方法

[5] CN201610529387.9一种适应大温差的建筑材料及其制备方法

[6] CN201810712400.3一种磷石膏和粉煤灰制酸联产耐压耐热陶瓷材料的工艺

[7] CN201410641420.8一种复合生物陶瓷材料及其制备方法

[8] CN201510041440.6一种耐压耐热的陶瓷材料及其制备方法

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