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Influence of Fabrication Parameters on the Phase Formation and Dielectric Properties of CaCu3Ti4012 Ceramics

高比容铝电极箔制造技术是实现铝电解电容器小型化的关键技术,本论文从提高铝电极箔电蚀扩面倍率及提高介质膜介电常数两个不同角度出发,对低压铝电极箔增容技术的机理及相关工艺进行了详细研究,大幅度地提高了国产铝电极箔比容水平,所取得的主要结论及创新性的结果如下: (1)提出了高纯铝在腐蚀性介质体系中发生点蚀时,蚀核萌生机制和蚀孔生长机制研究了高纯铝在不同腐蚀介质中点蚀萌生时的恒电位电化学电流噪声,结果表明:蚀核的萌生主要来自于高纯铝表面膜结构内部与表面的活性点;这些活性点主要与高纯铝表面膜结构与电化学条件相关,而与溶液组成并无直接关系;蚀核的萌生是高纯铝表面膜结构中活性点与侵蚀性离子的相互作用的结果.活性点能否萌生为蚀核受溶液中侵蚀性离子的攻击作用与缓蚀性离子的保护作用共同影响,因此也受溶液组成的影响;Cl浓度的增加可提高蚀核的萌生几率,而SO2-4离子的加入则大幅度降低了高纯铝在含Cl溶液中蚀核萌生几率. (2)对高纯铝交流腐蚀机理进行了研究,首次提出了Cl氧空位输运侵蚀机制,以及SO2-4氧空位缓蚀作用机制采用三角波动电位扫描法研究了高纯铝交流腐蚀机理,提出了Cl通过存在于侵蚀膜内微晶晶界上的氧空位输运,从而对铝基体进行侵蚀的机制.并利用上述机制对相关实验现象进行了解释.对SO2-4在铝电极箔电蚀扩面工程中缓蚀作用机理进行了研究,指出SO2-4的独特缓蚀作用为:在点蚀萌生时,通过氧空位阻断机制阻止蚀孔萌生,但一旦蚀孔生成,促进蚀孔迅速增大,同时蚀孔内发孔数量增加.因此一定量SO2-4的添加有利于铝电极箔海绵层结构的生成. (3)建立了YF基元生长模型对铝电极箔理论扩面倍率进行了计算针对已有的铝电极箔理论扩面倍率计算模型不能准确反映中低压铝电极箔的海绵状蚀孔特征的缺点,提出了YF基元生长模型对铝电极箔理论扩面倍率进行了较为准确地计算.结果表明:目前实际的扩面倍率在高压部分与理论扩面倍率很接近,但在中低压部分实际扩面倍率与理论扩面倍率相差较大.因此高压铝电极箔通过电蚀扩面提高比容的前景较小,而对于中低压铝电极箔,提高单位面积静电容量的余地还很大. (4)研究了交流发孔工艺发孔工艺是铝电极箔电蚀扩面工程中的关键工艺,本文分析对比了低压铝电极箔交流发孔工艺与直流发孔工艺.对交流发孔工艺进行了工艺研究,优选出了一套较好的交流发孔工艺参数,该工艺与常规蚀孔生长工艺进行配套后,腐蚀箔比容在51Vf时可达到18.8μF/cm2. (5)研究了高介电常数的介质膜生长技术提高铝电极箔介质膜的介电常数可大幅度地提高铝电极箔比容.本文研究了一系列与目前工业联动腐蚀、化成线具有良好兼容性的后处理增容技术,并对相关机制进行了研究.其中经过磷酸-铬酸处理或胺类溶液处理,提高铝氧化膜内γ'-Al2O3或γ-Al 2O3的含量,在合适的工艺条件下,国产铝电极箔比容在51Vf下分别可增容37.5%和35%.首次提出并研究了通过无机盐水解的技术途径在铝介质膜内复合高介电常数阀金属氧化物,在实验室工艺条件下,铝电极箔比容在51Vf下可增容45.6%.目前该技术已申请国家发明专利. (6)将小波及小波包信号分解及重构引入测试信号的分析处理中,取得了良好效果在高纯铝点蚀机理的研究方面,首次提出了电化学噪声小波包分解子带能量谱分析技术,该分析技术具有表现电化学噪声信号"指纹"特征的能力,对腐蚀体系、腐蚀类型及腐蚀状态都具有较强的敏感性.对高纯铝变频腐蚀机制所进行的研究中,采用小波包时频分解,证明了高纯铝变频腐蚀动力学机制仍服从Tafel关系.首次基于小渡包分解与信号重构方法,给出了在进行变频腐蚀动力学机制研究中动力学参数βa的实时测量方法.

关键词: 铝电解电容器 , 铝电极箔 , 比容 , 点蚀 , 高介电常数 , 机理 , 小波分析

铝电解电容器用高介电常数复合氧化膜的制备

陈金菊 , 冯哲圣 , 郭洪蕾 , 杨邦朝

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2006.02.014

用水解沉积-阳极氧化法制备高介电常数的Al-Ti复合氧化膜,通过XPS分析Al-Ti复合氧化膜的成分及各元素的相对含量.监测铝电极箔恒电流阳极氧化过程中的升压曲线,对复合氧化膜的介电常数进行理论计算,并测试铝电解电容器的容量及耐久性.结果表明:铝电极箔在含钛无机盐溶液中的最佳处理时间为10min,处理后的铝电极箔阳极氧化速率高于纯铝电极箔,Al-Ti复合氧化膜中的高介电常数相为TiO2.对16V/1000μF规格的铝电解电容器,形成Al-Ti复合氧化膜的样品,容量提高率为23%,且耐久性良好,复合氧化膜介电常数的理论计算值与实验结果较为一致.

关键词: 铝电极箔 , 水解沉积 , 阳极氧化 , 高介电常数 , Al-Ti复合氧化膜

高介电常数栅极电介质材料的研究进展

张化福 , 祁康成 , 吴健

材料导报

随着半导体技术的飞速发展,作为硅基集成电路核心器件的MOSFET的特征尺寸正以摩尔定律的速度缩小.然而,当传统栅介质层SiO2的厚度减小到原子尺寸时,由于量子隧穿效应的影响,SiO2将失去介电性能,致使器件无法正常工作.因此,必须寻找新的高介电常数材料来替代它.目前,高介电常数材料是微电子行业最热门的研究课题之一.主要介绍了栅介质层厚度减小所带来的问题(即研究高介电常数材料的必要性)、新型栅电介质材料的性能要求,并简要介绍和评述了近期主要高介电常数栅介质材料的研究状况及其应用前景.

关键词: 高介电常数 , 栅介质 , 等效氧化物厚度 , 退火

纳米钛酸钡掺杂聚酰亚胺基高介电复合薄膜的制备及性能

翁凌 , 刘立柱 , 杨立倩 , 曹振兴 , 王诚

高分子材料科学与工程

采用原位聚合法和高速砂磨法制备了纳米钛酸钡/聚酰亚胺高介电常数复合薄膜,分析了不同制备方法及钛酸钡粉体用量对复合薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,高速砂磨法对于纳米钛酸钡粉体的分散效果优于原位分散法;钛酸钡粉体的引入,有效提高了复合薄膜的热稳定性和介电性能。当粉体的体积分数达到50%时,复合薄膜介电常数相较于纯膜提高了10倍,而介电损耗只有少量增加。

关键词: 聚酰亚胺 , 纳米钛酸钡 , 高介电常数 , 复合薄膜

Hf基高K栅介质材料研究进展

王韧 , 陈勇

材料导报

随着微电子技术的不断发展,MOSFET的特征尺寸已缩小至100nm以下,SiO2作为栅介质材料已不能满足技术发展的需求,因此必须寻求一种新型高K的介质材料来取代SiO2.当今普遍认为Hf基栅介质材料是最有希望取代SiO2而成为下一代MOSFET的栅介质材料.综述了高K栅介质材料的意义、Hf基高K栅介质材料的最新研究进展和Hf基高K栅介质材料在克服自身缺陷时使用的一些技术;介绍了一款由Hf基高K介质材料作为栅绝缘层制作的MOSFET.

关键词: 高介电常数 , 栅介质材料 , HfO2 , HfSiON , 层叠结构

高介电常数微波介质陶瓷的发展及研究现状

黄永峰 , 李谦 , 黄金亮 , 龙永强 , 殷镖

硅酸盐通报 doi:10.3969/j.issn.1001-1625.2006.04.026

对高介电常数微波介电陶瓷中的BaO-Ln2O3-TiO2、复合钙钛矿CaO2-Li2O2-Ln2O3-TiO2及铅基钙钛矿体系的发展及研究现状进行了概述,归纳了研究中存在的问题,同时对未来的发展趋势做了预测.对新型填满型钨青铜结构陶瓷也进行了简要的介绍,指出其具有良好的发展前景,但其介电弛豫性需要进一步的研究.

关键词: 高介电常数 , 微波介质陶瓷 , 研究现状 , 发展趋势

多省并醌高介电聚合物的结构与特性的研究

郑华靖 , 唐先忠 , 蒋亚东 , 阮政

功能材料

采用未见文献报道的NaCl/AlCl3熔盐法合成多省并醌聚合物,并与常规硝基苯溶剂法进行对比,分析了聚合物的结构与热稳定性,测试了样品的介电常数与介电损耗。研究结果表明多省并醌聚合物热稳定性很好,5%质量损失温度〉380℃。20Hz下熔盐法合成的聚合物介电常数达10471;在硝基苯中所得聚合物的介电常数为9.55。多省并醌聚合物的介电常数随外加电场频率升高而降低。

关键词: 多省并醌聚合物 , 熔盐法 , 高介电常数 , 热稳定性

高k值HfO2栅介质材料电学特性的研究进展

田书凤 , 彭英才 , 范志东 , 张弘

材料导报

随着Si-MOS集成电路的迅速发展,高k值栅介质材料将成为下一代MOS器件绝缘栅最有希望的候选材料.介绍了近年来HfO2栅介质材料在制备方法和电学特性方面的研究进展,提出了改善其电学特性的主要途径,其中包括非金属元素掺杂、构建组分渐变界面、设计准二元合金系统、制备堆垛积层结构、抑制界面层生长和选择适宜的电极材料等.

关键词: 高介电常数 , HfO2栅介质 , 等效SiO2介电层厚度 , 电学特性