金属纳米粒子假塑性流体压印制备微纳金属互连线研究

发布时间：2017-10-08 11:30

  本文关键词：金属纳米粒子假塑性流体压印制备微纳金属互连线研究

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【摘要】：图形转移技术是微电子产业的核心技术之一,长期以来一直采用光学光刻实现图形转移,但其分辨率受到瑞利公式的限制。随着对特征尺寸的不断减小,特别是在14 nm节点以下,光学光刻已难以实现高分辨率的要求。在国际半导体蓝图提出下一代备选图形转移技术中,纳米压印由于其高分辨率、高保真度、高产量以及低成本的特性,具有很强的竞争力和广阔的发展前景。金属微纳结构具有重要而广泛的应用,金属纳米粒子的高表面能特性,使得其可以在低温下实现体金属化,避免高温工艺对柔性基底的破坏。将金属纳米粒子与纳米压印工艺相结合,在制备金属微纳结构成本、产量、高分辨率、高保真度等方面有明显优势。假塑性金属纳米粒子流体压印,脱模结束后需要进行热处理,促进金属纳米颗粒互连导电。在热处理过程中,如何保证金属微结构的形貌完整性,以及良好的导电性尤为重要。本文分别从理论推导、仿真模拟和实验研究等多角度入手,分析研究压印脱模后热处理过程金属微纳结构的形貌特征和电学特性。首先将热处理过程分为溶剂蒸发和金属纳米颗粒烧结两个阶段,通过建立受力模型和烧结模型,分析得到了热处理过程中影响金属微纳结构形貌的材料参数,以及热处理条件参数。纳米颗粒烧结过程中由于晶界扩散会导致烧结体收缩,影响微纳结构保真度,为了保证烧结体在水平方向不发生收缩,提出对烧结体加载单轴应力。利用Lammps软件分别模拟了银纳米颗粒在无压力和加载单轴压力下的烧结情况,仿真发现在烧结的过程中,通过调整单轴应力大小或者烧结时间,可以保证烧结体在X轴方向不发生收缩或膨胀。为了研究烧结过程金属微纳结构的形貌以及电学性质。采用化学还原法制备得到30 nm银纳米颗粒,并在硅基底上沉积得到银纳米颗粒线,通过测试仪器表征,并结合晶粒生长理论和纳米材料电阻尺寸效应,得到烧结温度和时间对银纳米颗粒线中晶粒的生长、晶界反射系数以及电导率性能参数的影响。实验研究发现,银纳米颗粒线条在200oC烧结1 h后,晶粒增大为130 nm,电阻降为2.29???cm约为块体金属的1.5倍,相应晶界反射系数为0.4。
【关键词】：纳米压印 假塑性流体 银纳米颗粒 低温烧结 场致各向异性收缩
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-18
• 1.1 选题的依据、目的及意义11-13
• 1.2 纳米压印国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 本文的选题目的和意义15-16
• 1.4 本文的主要内容和结构16-18
• 2 纳米压印技术18-32
• 2.1 纳米压印技术原理及分类18-19
• 2.2 纳米压印转移介质19-26
• 2.2.1 热固化纳米压印20-21
• 2.2.2 紫外固化纳米压印21-22
• 2.2.3 金属薄膜直接压印22-23
• 2.2.4 金属纳米粒子压印23-25
• 2.2.5 假塑性金属纳米粒子流体压印25-26
• 2.3 纳米压印技术的新发展26-30
• 2.3.1 卷对卷紫外纳米压印26-28
• 2.3.2 复合模板紫外压印28-29
• 2.3.3 静电力辅助纳米压印29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 热处理过程中金属纳米颗粒假塑性流体微结构形貌控制32-46
• 3.1 金纳米颗粒流体蒸发过程受力分析32-40
• 3.1.1 流体蒸发过程金纳米颗粒受力类型分析32-34
• 3.1.2 不同堆积方式下金纳米颗粒受力分析34-37
• 3.1.3 流体蒸发过程各参数对金纳米颗粒微结构形貌影响37-40
• 3.2 金纳米颗粒烧结过程形貌分析40-45
• 3.2.1 烧结过程金纳米颗粒微纳结构线性收缩量理论推导40-43
• 3.2.2 烧结参数对金纳米颗粒烧结过程形貌的影响43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 银纳米颗粒烧结各向异性收缩研究46-55
• 4.1 单轴应力作用下银纳米颗粒扩散各向异性研究46-51
• 4.1.1 单轴应力作用下烧结过程的扩散理论46-48
• 4.1.2 仿真模拟单轴应力作用下银纳米颗粒烧结特性48-51
• 4.2 静电场中银颗粒烧结特性51-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 低温烧结银纳米颗粒线形貌特征以及电学特性研究55-68
• 5.1 银纳米颗粒线的制备57-60
• 5.1.1 银纳米颗粒的制备57-59
• 5.1.2 银纳米颗粒线的制备59-60
• 5.2 低温烧结过程中银线形貌分析60-67
• 5.2.1 不同烧结温度和时间对银纳米颗粒形貌的影响60-62
• 5.2.2 不同热处理过程银线内部晶粒大小和结构的变化62-65
• 5.2.3 不同热处理参数对银线电阻率的影响65-67
• 5.3 本章小结67-68
• 6 结论和展望68-70
• 6.1 本文的主要内容与结论68-69
• 6.2 研究中存在的问题及展望69-70
• 参考文献70-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果74-75
• 致谢75

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本文编号：993778