1 河北工业大学 电子信息工程学院, 天津 300130
2 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300130
钴(Co)具有较低的电阻率、良好的热稳定性、与铜(Cu)粘附性好等优点, 可以替代钽(Ta)成为14 nm以下技术节点集成电路(IC) Cu互连结构的新型阻挡层材料。化学机械抛光(CMP)是唯一可以实现Cu互连局部和全局平坦化的方法, 也是决定Co基Cu互连IC可靠性的关键技术。柠檬酸含有羟基, 在电离后对金属离子有较强的络合作用, 成为Co基Cu互连CMP及后清洗中的主要络合剂。文章评述了柠檬酸在Cu互连CMP及后清洗中的应用和研究进展, 包括柠檬酸对Cu/Co去除速率选择比、Co的表面形貌以及Co CMP后清洗中Co表面残留去除等方面的影响, 并展望了络合剂及Cu互连阻挡层CMP的发展趋势。
柠檬酸 铜互连 钴阻挡层 化学机械抛光 化学机械抛光后清洗 络合剂 citric acid copper interconnect cobalt barrier layer chemical mechanical polishing post CMP cleaning complexing agent
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 上海 201620
2 2.东华大学 功能材料研究中心, 上海 201620
Zintl相Mg3(Sb,Bi)2基热电材料因在中低温区(27~500 ℃)表现出优异的热电性能而受到广泛关注。然而, 由于Mg、Sb元素比较活泼, 在长期高温服役下易与电极发生剧烈界面扩散反应, 导致热电器件的性能和服役寿命衰减。因此, 选择能有效阻挡元素剧烈互扩散并且具有低界面接触电阻率阻挡层材料至关重要。本研究首先利用热压工艺制备出300 ℃最高ZT~1.4的n型Mg3SbBi(Mg3.2SbBi0.996Se0.004)样品, 然后采用Nb粉作为扩散阻挡层一步烧结制备Mg3SbBi/Nb/Mg3SbBi“三明治”结构样品, 系统研究界面层的组成、微结构以及电阻随老化时间演变过程。加速老化实验(525 ℃/70 h; 525 ℃/170 h; 525 ℃/360 h)研究发现, Nb阻挡层中的Mg-Sb/Bi组分发生偏析, 表面产生裂纹, 抛光处理后界面连接完好, 无裂纹和孔洞, 界面扩散层厚度随老化时间延长缓慢增加至1.6 μm。Nb/Mg3SbBi界面电阻率从初始的12.9 μΩ·cm2增大到19.8、27.4和31.8 μΩ·cm2, 表明老化导致界面处元素发生微弱扩散, 但Nb阻挡层仍呈现优异的阻挡性能。因此, 在Mg3(Sb,Bi)2基热电材料体系中, 选择界面扩散微弱且结构致密的Nb作为阻挡层材料, 可以在确保连接可靠的同时有效阻挡Mg、Sb元素扩散, 从而提升Mg3(Sb,Bi)2基器件的稳定性和可靠性, 推动其在中温发电领域的应用。
Mg3(Sb,Bi)2 扩散阻挡层 界面稳定性 界面电阻率 Mg3(Sb,Bi)2 diffusion barrier layer interface stability interface resistivity
厦门大学物理科学与技术学院，福建 厦门 361005
基于实验样品，利用PICS3D模拟软件分析电子阻挡层对激光器性能的影响，尤其是对电光转换效率的影响。通过在上波导层和电子阻挡层之间插入一层AlGaN层，调整插入层和原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度，形成复合电子阻挡层，设计了一系列InGaN基紫色激光器，并模拟比较它们的电流-电压特性曲线、发光功率、电光转换效率、能带分布和载流子分布等特性。结果表明，采用插入层的Al原子数分数和厚度分别为0.30和15 nm、原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度为0.24~0.06和5 nm的新复合结构电子阻挡层，可以调整能带结构、抑制电子泄漏、增加空穴注入，从而提高辐射复合率、增大激光器电光转换效率。相较于参考结构，新结构的电光转换效率提升了36.9%。
激光器 电子阻挡层 插入层 电光转换效率 光学学报
2023, 43(20): 2014003
Bi2Te3基微型热电器件的尺寸越小, 界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术, 并使n型Bi2Te3基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi2Te3基热电材料薄片在混合酸溶液(pH~3)中进行表面处理, 随后进行化学镀Ni(5 μm), 再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后, n型Bi2Te3基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应, 腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞, 显著增大了界面接触电阻, 腐蚀2 min的材料达到2.23 Ω?cm2。最终, 腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi2Te3基热电片材与p型Bi2Te3基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K, 低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW, 相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。
Bi2Te3 界面结合强度 界面接触电阻 镍阻挡层 微型热电器件 Bi2Te3 interface bonding strength interface contact resistance Ni barrier layer micro thermoelectric device 张傲翔 1任炳阳 2王芳 1,3,4,5,*刘俊杰 1,3,5刘玉怀 1,3,4,5,**
1 郑州大学电气与信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心，河南省电子材料与系统国际联合实验室，河南 郑州 450001
2 郑州大学计算机与人工智能学院，河南 郑州 450001
3 郑州大学智能传感器研究院，河南 郑州 450001
4 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
5 郑州大学产业技术研究院有限公司，河南 郑州 450001
为了提升深紫外激光二极管（DUV LDs）的载流子注入效率，优化其工作性能，提出了阶梯型超晶格（SSL）电子阻挡层（EBL）和楔形（WS）空穴阻挡层（HBL）结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格（RSL）EBL和塔形（TS）HBL以及SSL EBL和WS HBL的DUV LDs。仿真结果表明，SSL EBL和WS HBL更有效地增加了量子阱（QWs）中的载流子注入，减少了非有源区的载流子泄漏，提高了辐射复合率，降低了阈值电压和阈值电流，提高了DUV LDs的输出功率和电光转换效率。
激光器 深紫外激光二极管 AlGaN 阶梯型超晶格 阻挡层 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525001
1 郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心，河南 郑州 450001
2 郑州唯独电子科技有限公司，河南 郑州 450001
3 郑州大学产业技术研究院有限公司，河南 郑州 450001
为了优化深紫外激光二极管（DUV-LD）的电光转换效率与输出功率，提出了单调组分渐变空穴存储层（MCG-HRL）和对称组分渐变空穴阻挡层（SCG-HBL）结构。使用Crosslight软件对采用基础结构、矩形空穴存储层（R-HRL）、MCG-HRL以及MCG-HRL和SCG-HBL的DUV-LD进行了仿真研究。结果表明，采用MCG-HRL 和SCG-HBL能够更加有效地提升DUV-LD量子阱（QWs）内的空穴浓度，减少n型区的空穴泄露，增加QWs内的辐射复合率，降低其阈值电压与电阻，提升其电光转换效率与输出功率。
光学器件 激光技术 深紫外激光二极管 AlGaN 空穴存储层 空穴阻挡层 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0723001
1 郑州大学信息工程学院电子材料与系统国际联合研究 中心, 河南 郑州 450001
2 郑州唯独电子科技有限公司, 河南 郑州 450001
3 郑州大学产业技术研究院有限公司, 河南 郑州 450001
为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在有源区的电子泄露, 提出了一种阱式阶梯电子阻挡层 (EBL) 结构。利用 Crosslight 软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究, 详细对比分析了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P－I 以及 V－I 特性等, 结果表明阱式阶梯 EBL 对电子的泄露抑制效果最好, 从而使得器件的光学和电学性能得到优化。
激光技术 深紫外激光二极管 阱式阶梯电子阻挡层 电子泄露 laser techniques deep ultraviolet laser diode AlGaN AlGaN well-type ladder electron barrier electron leakage
1 郑州大学电气与信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心, 河南 郑州 450001
2 郑州唯独电子科技有限公司, 河南 郑州 450001
3 郑州大学产业技术研究院有限公司, 河南 郑州 450001
为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在 n 型区的空穴泄露, 优化其工作性能, 提出了一种新颖的 M 形空穴阻挡层 (HBL) 结构。使用 Crosslight 软件对矩形、N 形和 M 形三种空穴阻挡层结构进行仿真研究和对比, 发现 M 形空穴阻挡层结构能够更有效地降低 n 型区的空穴泄露, 增加量子阱内的辐射复合率, 同时降低激光二极管的阈值电压与阈值电流, 提升激光二极管的电光转换效率与输出功率, 表明 M 形空穴阻挡层结构能够有效降低 DUV-LD 在 n 型区的空穴泄露并优化其工作性能。
激光技术 深紫外激光二极管 M 形空穴阻挡层 空穴泄露 laser techniques deep ultraviolet laser diode AlGaN AlGaN M-shaped hole blocking layer hole leakage
1 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
2 航天科工防御技术研究试验中心, 北京 100854
3 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
4 太原理工大学 轻纺工程学院, 山西 太原 030024
5 陕西科技大学 材料原子·分子科学研究所, 陕西 西安 710021
采用SiLENSe(Simulator of light emitters based on nitride semiconductors)软件仿真研究了AlxInyGa1-x-yN电子阻挡层(EBL)Al组分渐变方式对GaN基激光二极管(LD)光电性能的影响, 实现了提高输出功率和电光转换效率的目的。文中提出的四种Al组分渐变方式分别是传统均匀组分、右阶梯渐变组分(0~0.07~0.16)、三角形渐变组分(0~0.16~0)、左阶梯渐变组分(0.16~0.07~0)。结果表明, 与传统均匀组分EBL结构相比, Al组分阶梯渐变AlxInyGa1-x-yN EBL LD导带底的电子势垒显著提高, 价带顶的空穴势垒降低。这主要是由于该结构能有效抑制电子泄漏和提高空穴注入效率, 从而提高有源区载流子浓度, 进而提高有源区辐射复合效率。当注入电流为0.48 A时, 采用Al组分阶梯渐变AlxInyGa1-x-yN EBL结构能将器件开启电压从5.1 V降至4.9 V, 光学损耗从3.4 cm-1降至3.29 cm-1, 从而使光输出功率从335 mW提高至352 mW, 电光转换效率从12.5%提高至13.4%。此外, 讨论了Al组分阶梯渐变EBL结构对GaN基蓝光LD光电性能的影响机制。该结构设计将为外延生长高功率GaN基LD提供实验数据和理论支撑。
GaN基蓝光激光二极管 电子阻挡层 Al组分 光电性能 GaN-based blue laser diodes electron blocking layer Al composition photoelectric performance
