硅通孔三维堆叠芯片可靠性标准研究

针对硅通孔(TSV)三维堆叠芯片在微电子封装领域面临的可靠性挑战,阐述了TSV三维堆叠的工艺流程,分析了TSV孔的制造、芯片减薄、三维键合和组装等关键工艺环节对可靠性的影响,并探讨了TSV孔的质量和可靠性等问题。基于当前TSV三维堆叠芯片的可靠性标准,明确了可靠性应力试验条件与推荐的检测方法,为提升TSV三维堆叠芯片的可靠性和制造效率提供科学依据和实践策略,促进技术的优化与升级。

基于硅通孔的三维微系统互联结构总剂量效应损伤机制研究

垂直硅通孔(TSV)作为三维集成微系统的核心技术之一,可以通过多个平面层器件的垂直堆叠有效降低互联延迟,提高集成密度,减少芯片功耗。利用^(60)Co γ射线实验装置,以自主设计的基于TSV的三维互联结构作为实验对象,进行了总剂量效应敏感性分析。实验发现,随着累积辐照剂量的增加,TSV信号通道的插入损耗(S_(21))减小,回波损耗(S_(11))增大,信号传输效率不断降低。结果表明,总剂量效应诱发TSV内部寄生MOS结构产生氧化层陷阱电荷和界面态陷阱电荷导致了寄生MOS电容C-V曲线出现“负漂”现象,由此引起的信号通道特征阻抗不连续是TSV出现信号完整性问题的内在机制。基于RLGC等效电路模型,利用Keysight ADS仿真软件验证了TSV内部寄生MOS电容总剂量效应的辐射响应规律。

杉木木材表面原位构筑坚固的疏水聚硅氮烷涂层

以杉木(Cunninghamia lanceolata)木材为研究对象,将木材裁切为20 mm×20 mm×12 mm(径向×弦向×纵向)的样品;以有机聚硅氮烷(OPSZ)、正己烷为试剂,按照质量比m(有机聚硅氮烷)∶m(正己烷)分别为1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11的比例配制改性液;采用浸渍法将木材样品分别浸入不同比例的改性液中,常温(25℃)常压放置2 h后,将样品转移至烘箱中120℃热处理5 h,木材表面有机聚硅氮烷涂层固化,制得有机聚硅氮烷改性木材样品;应用相关仪器、参照国家相关标准及试验设计的方法,测定改性前后木材表面形貌与结构、木材表面化学成分与官能团变化、木材疏水性能与防水性能、涂层硬度、涂层机械稳定性、木材抗污性能、木材热稳定性,分析有机聚硅氮烷涂层的性能及其对木材保护的作用。结果表明:(1)采用扫描电镜观察改性前后木材的表面形貌,与未改性木材相比,经过有机聚硅氮烷改性的木材表面覆盖了一层较为致密的涂层。(2)采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对改性前后木材表面官能团和木材表面元素的变化分析表明,改性后木材表面引入了稳定性好的有机硅骨架以及疏水的甲基;有机聚硅氮烷显著提高了木材的疏水性和防水性能,木材的水接触角从72.0°增大至119.3°,24 h吸水率从79.00%显著下降至25.38%。(3)改性后木材对牛奶、咖啡、橙汁、可乐等常见污染物,具有良好的抗污性。(4)改性后,木材表面有机聚硅氮烷涂层的铅笔硬度达到6 H,并且能够经受长时间的机械摩擦,表明其具有优异的机械稳定性。(5)热质量分析表明,有机聚硅氮烷显著提升了木材的热稳定性。(6)综合试验结果,有机聚硅氮烷涂层具有良好的防水性、耐机械摩擦、热稳定性,可在严苛环境时的木材保护中应用。

博世扇贝纹对亚微米硅通孔中应力的影响

硅通孔(TSV)是三维(3D)集成中的关键互连技术。采用博世(Bosch)工艺刻蚀TSV,尤其是亚微米直径的TSV时,侧壁产生的扇贝纹会引起TSV中的应力集中。利用有限元单元生死技术分析亚微米TSV制备过程中的应力变化,并对应力的影响因素进行了分析。研究了TSV节距、扇贝纹高度和宽度、阻挡层材料参数、工艺温度和工作温度等因素对TSV内部应力的影响,并选择了4个主要因素进行正交实验分析。研究结果表明,减小扇贝纹宽度、增大扇贝纹高度、降低工艺温度均能有效缓解扇贝纹附近的应力波动幅度,其中扇贝纹宽度对应力波动的影响最大。通过上述分析,对影响亚微米TSV应力的主要因素进行了排序,从而为TSV制备过程中的参数优化提供了指导。

熔融制样-X射线荧光光谱法测定铁矿石中铁、硅、铝

铁矿石组分的构成和占比极其复杂,其中铁、硅和铝作为主要组分,其含量对于研究铁矿石的性质占据重要地位,并且对于其他金属和非金属元素的准确测定具有重要的影响,因而准确测定铁矿石中的铁、硅和铝的含量具有重要的科学意义。使用熔融制样技术,利用高温灼烧法去除铁矿石中氟、氯、硫以及碳,采用X射线荧光光谱法建立标准曲线对铁矿石中的铁、硅和铝量进行定量分析。通过考察最佳称样比例、脱模剂用量、熔融温度和熔融时间等条件,实验表明,称样比例为1∶8,用5滴脱模剂用量,在1150℃下熔融10 min的样品质地均匀、完整透明、光滑无气泡。对铁矿石国家一级标准标准物质GBW07822、GBW07824、GBW07827分别进行8次平行测定,计算铁、硅和铝量测定结果,其正确度(RE)为0.15%~1.4%,精密度为(RSD,n=8)0.080%~1.6%,两项结果均符合DZ/T 0130-2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》。方法用于铁矿石中铁、硅和铝量的测定结果准确可靠。

某低品位铅锌硫化矿浮选提质降硅流程优化试验研究

某矿石中有价元素主要为Pb和Zn,含量分别为0.69%和3.70%,铅主要以方铅矿的形式存在,分布率约87%,锌主要以硫化锌形式存在,分布率约为88%,矿石属于低品位铅锌硫化矿。生产过程中,选矿厂采用“优先浮选铅-选铅尾矿浮选锌”的一段磨矿工艺流程,长期存在锌精矿产品含SiO_(2)高于10%的问题,严重影响选矿厂经济效益。为解决这一难题,在矿石工艺矿物学研究的基础上,模拟现场工艺流程得到锌精矿产品,并通过工艺矿物学研究查明了现场工艺流程条件下锌精矿产品含SiO_(2)偏高的原因,最后开展了流程优化试验研究。MLA分析结果表明,锌精矿含SiO_(2)高的原因主要是+0.074 mm粒级的石英和闪锌矿连生体进入锌精矿,从而影响锌精矿品质,需进行细磨进一步提高石英和闪锌矿的单体解离度;提出采用锌粗精矿再磨再选的“阶段磨矿、阶段选别”工艺进行流程优化,通过将锌粗精矿再磨至-0.045 mm占80%实现锌精矿中闪锌矿和石英的有效解离,优化后浮选闭路试验得到铅精矿Pb品位55.23%、Pb回收率80.79%,锌精矿Zn品位54.11%、Zn回收率83.48%,相较未优化前现场工艺流程浮选指标,铅精矿Pb品位和回收率变化很小,但锌精矿Zn品位提高了3.20百分点,且锌精矿SiO_(2)含量降低了6.20百分点,提质降硅效果显著。研究结果为选矿厂提高经济效益提供了重要的技术支撑。

基于硅通孔互连的芯粒集成技术研究进展

通过先进封装技术实现具有不同功能、工艺节点的异构芯粒的多功能、高密度、小型化集成是延续摩尔定律的有效方案之一。在各类的先进封装解决方案中,通过硅通孔(TSV)技术实现2.5D/3D封装集成,可以获得诸多性能优势,如极小的产品尺寸、极短的互连路径、极佳的产品性能等。对TSV技术的应用分类进行介绍,总结并分析了目前业内典型的基于TSV互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,对该类先进封装技术的发展趋势进行展望。

硅通孔3D互连热-力可靠性的研究与展望

硅通孔(TSV)技术是3D集成封装中用于实现高密度、高性能互连的关键技术,TSV的热-力可靠性对3D集成封装的性能和寿命有直接影响。从TSV的制造工艺、结构布局、材料可靠性以及评估方法等多个方面对TSV 3D互连的热-力可靠性进行研究,对其研究方法和研究现状进行总结和阐述。此外,针对TSV尺寸减小至纳米级的发展趋势,探讨了纳米级TSV在应用于先进芯片背部供电及更高密度的芯片集成时所面临的可靠性挑战。

三维量子芯片硅通孔热应力对阻止区的影响

基于材料的温度相关特性,研究了0.02~300 K极限温度范围内三维超导量子芯片中热导硅通孔(TTSV)热应力对有源层阻止区(KOZ)的影响。利用有限元模拟方法,基于单个TTSV的KOZ特性,发现阵列TTSV间的相对角度(θ_(R))和间距(L)的变化会改变热应力相互作用的方式和程度。增大θ_(R)可减小Si衬底的电子迁移率变化以及KOZ的连通度和面积。θ_(R)为0°时,TTSV排布整齐,MOSFET易于布置,增大L可减小电子迁移率变化以及KOZ的连通度和面积;θ_(R)为45°时,可用于布置MOSFET的区域较零散,但减小L可减小电子迁移率变化和KOZ面积,且L对特征点处电子迁移率和KOZ连通度影响很小。研究结果可为三维超导量子芯片中TTSV和读出/控制电路的优化布置提供指导。

硅通孔三维互连与集成技术

随着电子技术的高速发展,更高密度、更小型化、更高集成化以及更高性能的封装需求给半导体制造业提出了新的挑战。由于物理限制,芯片的功能密度已达到二维封装技术的极限,不能再通过减小线宽来满足高性能、低功耗和高信号传输速度的要求;同时,开发先进节点技术的时间和成本很难控制,该技术的成熟需要相当长的时间。摩尔定律已经变得不可持续。为了延续和超越摩尔定律,芯片立体堆叠式的三维硅通孔(TSV)技术已成为人们关注的焦点。综述了TSV结构及其制造工艺,并对业内典型的TSV应用技术进行了分析和总结。

硅掺杂对不同衬底的氮化铝薄膜的影响研究

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原子扩散进入AlN晶格,取代铝原子的位置,形成掺杂硅的AlN薄膜.有效的硅掺杂导致AlN(002)衍射峰向一个较大的角度偏移,且偏移的角度随掺杂的浓度升高而增大.且硅衬底上的样品,使用能量色散光谱仪测试结果表明,衬底硅将作为固定的扩散源扩散到薄膜中,增加非故意掺杂浓度,因此可以在整个薄膜截面内测量到硅元素.蓝宝石的衬底的样品在热扩散后出现裂纹.

缺陷对单层硅烯纳米梁振动频率的影响

由于硅纳米谐振器在量子计算、传感器、医学等方面存在广泛的应用,使其物理性质的研究具有重要意义.本文通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素、空位缺陷、掺杂浓度对单层硅烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层硅烯纳米梁的振动频率随着纳米梁长度的增加而减小.单元素、双元素掺杂均会导致单层硅烯纳米梁的振动频率的增加,且随着掺杂浓度的增加纳米梁的振动频率整体呈现增大的趋势.此外,单空位缺陷会导致单层硅烯纳米梁的振动频率随着缺陷浓度的增加而减小.掺杂-单空位缺陷的单层硅烯纳米梁的振动频率则呈现了随着掺杂浓度的增加先减小后增加的变化趋势.这些变化规律均是由掺杂元素、空位缺陷以及它们共同作用的结果.此研究结果对硅烯纳米谐振器,振荡器等纳米器件的设计具有一定的理论指导意义.

LED封装用高折光有机硅树脂的制备及性能研究

通过水解缩聚法,以二苯基二甲氧基硅氧烷(DMDPS)、甲基苯基二甲氧基硅烷(MPDMS)、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷(D_(4)^(H))、四甲基二硅氧烷(D2H)、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷(D4^(Vi))和二乙烯基四甲基二硅氧烷(D2^(Vi))为原料,制备了含氢苯基硅树脂(HPS)和乙烯基苯基硅树脂(VPS)。将二者进行复配,并经高温固化后得到封装材料VHPMS。探讨不同复配比例对封装材料透光性、热稳定性、拉伸强度、耐老化性和疏水性的影响。结果表明:当含氢苯基硅树脂与乙烯基苯基硅树脂的质量比为3∶5时,制得的VHPMS整体性能最优。其在可见光范围的透光率大于98%,折光指数可达1.5436,邵A硬度为84且疏水角为121°,热稳定好,黏附性强,经红墨水渗透实验和耐老化测试前后基本无变化。

二氧化硅气凝胶光学性能及辐射探测性能研究

针对惯性约束聚变中高能γ射线探测存在的X射线影响,以及气体切伦科夫辐射体调控阈值复杂或部分切伦科夫辐射体不可调控阈值的问题,提出了使用硅气凝胶作为切伦科夫辐射体对γ射线进行探测的方法。首先,搭建透过率测量平台,测量了厚度为1 cm的410 mg/cm^(3)硅气凝胶在250~800 nm波长范围内的透过率,得到了硅气凝胶的吸收散射系数;然后,使用最小偏差角的方法对硅气凝胶的折射率进行了测量,并对全波段折射率进行拟合;进而,将得到的吸收散射系数与折射率写入Geant4软件,在硅气凝胶探测系统中,对不同能量γ射线的能量响应进行了模拟计算;最后,在西北核技术研究院的^(60)Co源上搭建系统,分别对硅气凝胶及石英玻璃的发光强度进行了测量。结果表明:硅气凝胶净信号达到了11.67 nA,不确定度为3.8%;石英玻璃的净信号达到了373.67 nA,不确定度为3.2%。研究结果证实了硅气凝胶切伦科夫探测系统对γ射线探测的可行性,说明了硅气凝胶可作为切伦科夫辐射体应用于惯性约束聚变中的高能γ射线诊断。

液态硅肥对‘92-58’苹果果实的影响

本试验通过对‘92-58’苹果生长期根部灌施液态硅肥,测定其果实的横纵径、单果质量、果实硬度等指标,并品尝果实口感,研究液态硅肥对苹果果实的影响。结果表明,施用硅肥后的‘92-58’苹果平均单果重增加了69.6g,果实硅含量增加0.36mg/kg,而且口感风味佳。

空位缺陷硅烯纳米带结构与自旋极化电子性质的密度泛函紧束缚研究

随着纳米电子器件和自旋电子学的不断发展,对小尺寸的纳米硅材料物理和化学性质的研究是研发新型微电子材料器件的基础.硅烯纳米带在实验制备和理论研究中均备受关注.本研究利用基于自洽电荷的密度泛函理论紧束缚方法,研究了不同宽度的硅烯纳米带的结构、稳定性和自旋极化电子性质.研究发现,稳定的完美和带有空位缺陷的硅烯纳米带表现为带有曲翘褶皱的蜂窝结构.纳米带边缘的曲翘度大于中心位置.空位缺陷更容易出现在纳米带边缘.纳米带的宽度可实现完美的硅烯纳米带的半导体性质和金属性之间的转换.硅烯纳米带中出现空位缺陷可有效调控纳米带自旋电子性质从半导体向金属性转变、半导体向半金属性转变,及金属性向为半导体或者半金属性质的转变.这种自旋电子性质的调控手段使得该种纳米材料在纳米电子自旋器件上有着潜在的应用价值.

退役晶硅光伏组件中基于有机酸浸出银的研究

对退役晶硅光伏组件中贵金属银进行浸出研究,分别采用甲磺酸-过氧化氢体系和柠檬酸-过氧化氢体系浸出银。结果显示,在甲磺酸-过氧化氢体系中,最优工艺条件为:甲磺酸浓度40%、H_(2)O_(2)浓度10%、反应温度80℃、反应时间2.5 h,银的浸出率达到59.97%;在柠檬酸-过氧化氢体系中,最优工艺条件为:柠檬酸浓度6 g/L、H_(2)O_(2)浓度30%、反应温度80℃、搅拌速度300 r/min,银的浸出率能达到95.53%;柠檬酸体系能更有效地浸出银,反应温度和H_(2)O_(2)浓度的提高对银的浸出有促进作用。

基于光捕获效应的Ti3C2Tx/硅纳米线异质结光电探测器

通过金属辅助化学刻蚀法制备了硅纳米线(Si NWs),使用最小强化层脱层刻蚀技术分离了Ti_(3)C_(2)Tx纳米片,随后构筑了Ti_(3)C_(2)Tx/Si NWs异质结光电探测器。利用扫描电子显微镜对Ti_(3)C_(2)Tx/Si NWs的形貌进行分析,采用X射线衍射仪分析了Ti_(3)C_(2)Tx的结构。器件分析表明,该器件呈现出宽带响应特性,在920 nm处具有约526 mA/W的峰值响应度,其响应相较于平面硅器件有了很大的提升。这种光电特性与Si NWs中的光捕获效应有关。这些结果表明,Si NWs是未来高性能硅基光电探测器的潜在构建模块。

高圆形度人工硅砂在铸钢件造型工艺中的应用

鉴于铸钢用天然硅砂受国家资源保护的影响日渐稀缺,人工硅砂替代天然硅砂将是未来发展趋势。简单介绍了高圆形度人工硅砂生产工艺流程、主要技术指标、角形因数、破损率以及在铸钢件造型工艺中的应用情况,并与天然硅砂进行了对比。对比结果显示:人工硅砂可替代天然高硅砂应用于铸钢件的造型,也可替代进口硅砂在砂型3D打印技术中应用。

2TF:一种协同考虑过硅通孔和热量的三维芯片布图规划算法

三维芯片由多个平面器件层垂直堆叠而成,并通过过硅通孔(TSV,Through Silicon Via)进行层间互连,显著缩短了互连线长度、提高了芯片集成度.但三维芯片也带来了一系列问题,其中单个过硅通孔在目前的工艺尺寸下占据相对较大的芯片面积,且其相对滞后的对准技术亦降低了芯片良率,因此在三维芯片中引入过多的过硅通孔将增加芯片的制造和测试成本.垂直堆叠在使得芯片集成度急剧提高的同时也使得芯片的功耗密度在相同的面积上成倍增长,由此导致芯片发热量成倍增长.针对上述问题,本文提出了一种协同考虑过硅通孔和热量的三维芯片布图规划算法2TF,协同考虑了器件功耗、互连线功耗和过硅通孔数目.在MCNC标准电路上的实验结果表明,本文算法过硅通孔数目和芯片的峰值温度都有较大的降低.