陶瓷晶界和各類固體分界面

1、陶瓷晶界和各類分界面1一、陶瓷晶界 陶瓷是一種多成分多晶(或微晶)體系.一般來(lái)說(shuō)，陶瓷的晶界比金屬和合金的晶界要寬，結(jié)構(gòu)和成分都相當(dāng)復(fù)雜。除了在上面已介紹過的一般晶界的特性外，還有如下一些特征。 （1）陶瓷主要由帶電單元(離子)，以離子鍵為主體而構(gòu)成。離子晶體中的帶電結(jié)構(gòu)單元要影響晶界的穩(wěn)定性。由氧化物、碳化物和氮化物等形成的陶瓷，它們的離子鍵在晶界處形成的靜電勢(shì)，對(duì)陶瓷的電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生重要的影響。靜電勢(shì)強(qiáng)烈地受缺陷類型、雜質(zhì)和溫度的影響。2（2）陶瓷中雜質(zhì)含量明顯高于金屬和元素半導(dǎo)體，如Si的純度可達(dá)99以上，而目前很多陶瓷材料的純度為96左右，一般所謂的超純陶瓷粉體，其純度也僅為9

2、999.9.3 (3)陶瓷中的少量添加劑(摻雜)對(duì)晶粒尺寸與晶界的性質(zhì)會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。 S.Lartigue和Priester在9996純度的氧化鋁中摻入500ppm(重量比)的MgO在1500熱壓燒結(jié)，發(fā)現(xiàn)摻雜與不摻雜的氧化鋁陶瓷的三叉點(diǎn)晶界均有高介電常數(shù)的片狀P相偏析物，但它們的晶粒大小和晶界性質(zhì)有明顯區(qū)別，摻Mg的氧化鋁陶瓷晶粒尺寸為0.5-1um。 有小的晶粒間空洞，有一定數(shù)量的位錯(cuò)線。純氧化鋁陶瓷的晶粒尺寸為10一50um，還有一些異常長(zhǎng)大的晶粒，這些晶粒在垂直受壓方向上出現(xiàn)較多。4 S.Lartigue將陶瓷的晶界分為“特殊”晶界(special GB)和般晶界（general

3、 GB)二種類型。 “特殊”晶界屬于重合晶界：小角度晶界、重合位置點(diǎn)陣(CSL)晶界、重合轉(zhuǎn)軸方向(CAD)晶界等，這些都是低能晶界。 一般晶界屬于接近重合晶界：由失配位錯(cuò)等組成，它的晶界能略大于“特殊”晶界。 由掃描電鏡分析，摻Mg的氧化鋁中的晶界有一半以上是“特殊“晶界，而純氧化鋁中只有10%左右的“特殊”晶界。大部分的晶界是接近或平行于密堆積（0001)面。5 由失配位錯(cuò)組成的普通晶界(這類晶界在摻Mg的氧化鋁中不到10%)，正是由于摻雜Mg氧化鋁陶瓷由很多低晶界能的“特殊”晶界所組成，所以這種材料具有很好的穩(wěn)定性。 持別是在高溫下，晶粒不會(huì)明顯增大、晶界也不易移動(dòng)，所以摻Mg氧化鋁陶瓷

4、柱高溫時(shí)能承受大的壓應(yīng)力.（4）許多陶瓷中點(diǎn)缺陷的形成能甚高(約7eV)，對(duì)于這樣數(shù)值的形成能，即使到1800 本征點(diǎn)缺陷（熱缺陷)濃度才10-9 數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)低于雜質(zhì)濃度.6 （5）在氧化物陶瓷中(特別是由過渡金屬氧化物組成的陶瓷)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生化學(xué)計(jì)量偏離(主要是形成氧空位所致)，所以陶瓷晶界處的化學(xué)計(jì)量偏移明顯地會(huì)受到氧分壓和溫度的影響。 (6)陶瓷晶界處往注有大量雜質(zhì)凝集，當(dāng)雜質(zhì)聚到定程度，會(huì)有新相產(chǎn)生，新相又稱為晶界相。 Bi2O3、SiO2和Sb2O3等常常在Zno晶界生成晶界相；SiO2和Cr2O3等在錳鋅鐵氧體中也生成晶界相. 雜質(zhì)在陶瓷晶界的分布如下圖所示。78二、分界面 分界面

5、（interface）是指兩個(gè)或數(shù)個(gè)凝集相的交界面。按照此定義，晶粒間界和相界都應(yīng)算作分界面。但是在目前的許多技術(shù)資料中的分界面通常用來(lái)指兩種不同相間的有規(guī)則界面。interface也譯為界面或內(nèi)表面。 從工藝角度來(lái)看，分界面有：(1)由氧化、腐蝕、粘連等化學(xué)作用生成的分界面；(2)由真空淀積(蒸發(fā)、濺射)、化學(xué)氣相沉積、熱壓、界面擴(kuò)散等形成的固態(tài)結(jié)合分界；(3)液相沉積和凝固共生的分解面；(4)熔焊或粘接的分界面等。91、Si-SiO2分界面 目前硅的完整性和純度已達(dá)到很高的指標(biāo)，加上超純氧和潔凈生產(chǎn)條件，出熱氧化生成的SiO2純度很高，故Si-SiO2分界面能做到可控，而且可排除非本征因素

6、，為理論研究提供十分有利的條件。 Si-SiO2與器件和電路的性能、成品率、可靠性等都有直接的關(guān)系. 因此人們非常重視對(duì)Si-SiO2分界面的研究，這種界面是日前研究最多、了解最清楚的一種分界面。10（1） Si-SiO2分界面的結(jié)構(gòu)Si-SiO2分界面的結(jié)構(gòu)有一下三種模型： (1)三層模型：從Si到Si02不是一個(gè)突變層，而是由三層組成。第一層基本上是Si晶體，但存在有較多缺陷；第二層是比較完整的Sio2，厚度約為幾個(gè)原子距，具有二維晶格結(jié)構(gòu)；第三層（最外層）是非晶態(tài)的Sio2網(wǎng)格。 (2)迪安(Deal)模型。Si-SiO2的分界面也由三層組成。與(1)的不同之處是，中間的Sio2缺氧較多

7、，有相當(dāng)數(shù)量的不飽和鍵，第三層也是非晶態(tài)的Sio2網(wǎng)格。Deal模型可以解釋Mos結(jié)構(gòu)中的很多現(xiàn)象。11(3)約翰尼森(Jnhnnessen)模型. 本模型認(rèn)為， Si-SiO2分界面的界面是不平坦的，界面域內(nèi)有硅夾雜物(硅島），過渡區(qū)的組分是Siox(1x2)。對(duì)于厚度為1000的的SiO2膜，不平整度達(dá)20，硅島由幾個(gè)硅原于到幾十個(gè)硅原子組成，總的過渡區(qū)約35。Johnnessen模型能較好地解釋Si-SiO2分界面的許多現(xiàn)象。12（2）、 Si-SiO2分界面附近的缺陷 在靠近Si的一側(cè)其缺陷主要是熱氧化層錯(cuò)(是在正常堆垛上多加入一層原子所致)。熱氧化層錯(cuò)主要因表面損傷、硅中的氧空位、旋

8、渦缺陷和輻射損傷缺陷等引起。SiO2中的Si小島和SiO2小島等也會(huì)感生出層錯(cuò)。 在靠近Si02的一側(cè)其缺陷有針孔、裂縫、空洞和金屬夾雜物等宏觀缺陷，氧空位、硅空位、填隙氧、非橋氧(Si-O離子)等微觀缺陷。13（3）、 Si-SiO2分界面處的雜質(zhì) 雜質(zhì)對(duì)界面的電學(xué)、光學(xué)等性能起著關(guān)鍵的控制作用。 Si-SiO2分界面處的雜質(zhì)大致有以下三大類： (1)氧、氯、氟等非金屬雜質(zhì)離子， (2)金、銫、鈹、鎂、鉻、鎳等金屬雜質(zhì)離子， (3)磷、硼、鎵、砷等硅的施主或受主雜質(zhì)離子. 以上的雜質(zhì)有的是有意摻進(jìn)去的，有的是試劑污染或操作污染。當(dāng)然以上的雜質(zhì)同樣也存在于體內(nèi)，由于界面偏析效應(yīng)，它們?cè)诮缑娴臐?/p>

9、度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過體內(nèi)，從而發(fā)生附加的效應(yīng)。14雜質(zhì)在分界面外的作用有： (1)使界面可動(dòng)離子電荷密度Nm，發(fā)生變化Na+、H-等使Nm增大，而Cl-使Nm減小 （2）Au、Cs、B、P等雜質(zhì)能引起固定氧化物電荷Nf變化。 (3)Cr、Au、Ni等雜質(zhì)具有多重能級(jí)除引起界面態(tài)變化外，還可形成雜質(zhì)界面陷阱。 (4)引起界面附近缺陷數(shù)量變化，如Cl-可以明顯地減少熱氧化層錯(cuò)。152、硅-金屬分界面 硅和一些金屬間的分界面，是硅器件和集成電路中的互連(歐姆接觸)和形成Schottky二極管勢(shì)壘(阻擋接觸)時(shí)經(jīng)常遇到的，是硅器件研制中的一個(gè)重要課題。 硅金屬分界面： Shockley 和Bardeen的觀點(diǎn)

10、，認(rèn)為是一種金屬半導(dǎo)體的突變結(jié). 近年來(lái)通過表面 分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)金屬-半導(dǎo)體的分界面并非是突變區(qū)。在該處由于原子間的互擴(kuò)散，形成了一個(gè)有一定寬度的過渡區(qū).16 研究表明: Si能與很多金屬發(fā)生反應(yīng)，生成各種形式的金屬硅化物。 Pt、Pd、Ni等金屬，在300 附近就能與Si化合，Ta、V、W等耐熔金屬要在高溫才與Si化合。 當(dāng)貴金屬(如Au)和難熔金屬(如w)均勻地淀積在Si表面后，在熱處理時(shí)，首先生成硅化物；隨著溫度升高，再生成難熔金屬硅化物，同時(shí)發(fā)生不同硅化物間的相分離，但沒有發(fā)現(xiàn)有三元系存在。當(dāng)硅片上淀積WTi等難熔金屬后，再經(jīng)700熱處理就形成TiW-Si三元系。17 對(duì)于淀積在Si片

11、上的Ni-Pt合金層，研究中發(fā)現(xiàn)，首先生成NiSi化臺(tái)物，這樣合金中的Pt成分就會(huì)不斷增加，在高溫或長(zhǎng)時(shí)間熱處理后，Pt就會(huì)穿過NiSi層，進(jìn)入NiSisi的分界面，使Shockley勢(shì)壘高度發(fā)生變動(dòng)。 剛淀積在硅片表面的金屬硅分界面，可以近似地認(rèn)為是一個(gè)金半突變給. 這樣的表面一致性很差，所以未經(jīng)熱處理的金-半Shockley的勢(shì)壘高度和形狀隨試樣不同而有明顯的差別。18下圖為硅-金屬分界面熱處理前后的情況。193、金屬薄膜間的分界面 在固體集成電路和混合集成電路中，互連或?qū)щ妿Ф际遣捎玫慕饘俨牧稀?作為導(dǎo)電帶在電路和制造過程中對(duì)它有很多要求。首先是導(dǎo)電性能好，其次還有附著力好、抗電遷移、抗

12、蝕、抗氧化、具有焊接相容性、老化性能好等工藝要求，還要來(lái)源豐富、成本低。顯然，以上這些要求用一種金屬是很難滿足的，故般采用多層結(jié)構(gòu)。 典型的例子如下： 雙層的：TiAu、CrAu、NiCr-Au、AlAu等 三層的：Ti-PdAu、Ti-Pt-Au等； 多層的：Ti-Cu-Ni-Au、Ti-Pd-Cu-Ni-Au等。20（1）、雙層導(dǎo)電帶 CrAu雙層金屬膜是我國(guó)混合集成電路中普遍采用的薄膜導(dǎo)電帶. Cr與襯底有良好的附著性、Au具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，能抗蝕抗氧化，所以CrAu是比較理想的雙層導(dǎo)電帶。 近年來(lái)發(fā)現(xiàn)CrAu導(dǎo)電帶有以下缺點(diǎn)：Cr在高溫時(shí)很快往Au中擴(kuò)散，使導(dǎo)電帶電阻增加；另外Cr還會(huì)

13、進(jìn)入表面并進(jìn)一步氧化，生成Cr2O3，這樣整個(gè)導(dǎo)電附著性能變差，使噪聲電平增大；焊接性能明顯下降。21經(jīng)AES和XPS等分析，CrAu導(dǎo)電帶在不同條件下退火時(shí)會(huì)發(fā)生如下圖所示的過程 . 22 金屬界面的另一種現(xiàn)象是生成金屬間化合物。 對(duì)于TiAu膜的內(nèi)表面，如果Au和Ti的厚度相當(dāng)、首先生成Au2Ti，這樣界面附近Au就逐漸不足，余下的Ti和已生成的Au2Ti就繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成AuTi和AuTi2等相。 對(duì)于Au厚度為10000(1um)、Ti厚度為1000的Ti-Au導(dǎo)電帶(這與實(shí)際使用的Ti-Au導(dǎo)電帶的組成類似)，熱處理時(shí)主要形成Au4Ti相。Ti-Pt系的金屬間化臺(tái)物有PtTi3、P

14、tTi2、PtTi和Pt3Ti等。23（2）、多層導(dǎo)電帶 微波電路中的導(dǎo)電帶要求有一定厚度(約10um)，目前常用蒸金后再電鍍加厚，這樣會(huì)使導(dǎo)電帶成本增加。 研究表明，在Cr-Au或Ti-Au等雙層金屬膜中間增加一層或幾層銅、鎳之類的賤金屬，其微波傳輸性能基本不變，但成本明顯下降。 為了使焊接性能好，導(dǎo)電薄膜與焊錫有良好的潤(rùn)濕性，就要求在焊接時(shí)導(dǎo)電薄膜要微溶于錫。 24 如果溶解度太大，溶解得太快、則導(dǎo)電帶的焊接部分全部被溶掉(俗稱被錫“吃掉”)，這種現(xiàn)象稱為浸濾。使焊接性能變差（或根本焊不上)，CrAu導(dǎo)電帶就容易發(fā)生浸濾，因此只能采用快速焊接，這樣就使C rAu導(dǎo)電帶的焊接性能不夠理想。

15、TiAu導(dǎo)電帶在焊接時(shí)也會(huì)發(fā)生類似的浸濾現(xiàn)象。 Ti、Pd-Au和TiPtAu三層導(dǎo)電帶基本上解決了浸濾問題。如果在CrAu導(dǎo)電帶中間加一層Pd或Pt，就能明顯改善焊接性能。 Ni在SnPb焊料中擴(kuò)散較快，如果在Au膜下增加一層Ni，就能減少浸濾。Ti-Cu-Ni-Au和Ti-Pd-Cu-Au多層導(dǎo)電帶結(jié)構(gòu)既能減少浸濾，又能降低成本25 含Ni導(dǎo)電帶有二個(gè)不足之處。 (1)Ni在熱處理時(shí)(4252分鐘、35010分鐘)會(huì)沿著Au的晶界擴(kuò)散到表面，生成Nio，Nio與焊錫的潤(rùn)濕性較差，必須用強(qiáng)清潔劑(如熱草酸或焊藥等)來(lái)清除Nio，這樣會(huì)使整個(gè)電路可靠性下降。 (2)溫度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高于150

16、時(shí)，焊錫中的Sn會(huì)溶于Ni中，生成Sn-Ni金屬間化合物，若焊接時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)把純Ni耗，如果Ni的下層是Cu，則Sn又繼續(xù)把它耗盡，會(huì)使焊點(diǎn)強(qiáng)度下降10；如果Ni的下層是不溶于Ni-Sn金屬間的化合物材料(如W等)，則多層導(dǎo)電帶的附著力變差。264、金屬-非金屬分界面 金屬-非金屬分界面是許多技術(shù)領(lǐng)域都感興趣的一個(gè)課題。如金屬的腐蝕與它表面生成的氧化物的附著力和穩(wěn)定性有非常密切的關(guān)系；在催化過程中，金屬被附著在氧化物顆粒上；在電子元器件的電接觸和包封中，金屬和陶瓷間的附著力起著決定性的作用。下面著重討論金屬與氧化物、陶瓷等非金屬交界面的持性。27（1）、金屬非金屬交界面的結(jié)構(gòu) 以Ni/Mg0

17、的交界面為例： Ni具有自清潔(self-clean)能力，容易得到“清潔”的NiMg界，避免非本征因素的影響，本例中Ni的純度為999、Mgo為單晶，純度9999%，采用(001)面MgO很穩(wěn)定 ，表面能為12Jm-2。樣品經(jīng)清潔處理，在10-3 真空度下，經(jīng)1300 和350熱壓2小時(shí)（鍵合力12MPa，Ni的熔點(diǎn)1453）。 Ni為fcc結(jié)構(gòu)，Mg0為巖鹽(Nacl)結(jié)構(gòu)。晶格常數(shù)分別為：aNi352aMgO4.21，晶格失配較明顯。這兩種材料的熱脹系數(shù)比較接近(Ni、13310 -6K-1；Mg0、13610-6 K-1)，故熱應(yīng)力較小。28 經(jīng)過透射分析電鏡，能量色散X射線譜等觀察分

18、析，NiMg0界面有如下特征： (1)Ni和Mg元素的混合區(qū)約小于40nm。 (2)在交界區(qū)，Ni發(fā)生了重結(jié)晶，(001)Mg0平行于(021)Ni、100Mgo平行于100Ni，010Mg0平行于012Ni，這種結(jié)構(gòu)關(guān)系有利減小界面自由能。 (3)交界區(qū)產(chǎn)生的失配位錯(cuò)集中在不到1nm的范圍。 (4)在靠近Ni的20nm區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)有NiO微晶、其尺寸約10nm。 (5）Ni和NiO微晶間的關(guān)系為(121)NiO平行于(011)Ni，( 111)NiO平行于(100)Ni，(101）NiO平行于(011)Ni。29 G.Tremauilies和比R.Postiere報(bào)導(dǎo)了Zr02/A1界面的研究

19、結(jié)果。 他們用99.999鋁單晶（111）面和（110）面，摻8銥的氧化鋯，在590 溫度(A1的熔點(diǎn)為660 )，用60MPa熱壓4小時(shí)，形成中Zro2Al界面。 G.Tremauilies發(fā)現(xiàn)，在樣品的中部Al仍是單晶，但在周圍和角上，鋁成為小角度晶界的多晶. 界面ZrO2近側(cè)發(fā)現(xiàn)3的Al；在Al側(cè)有1的Zr和Al2O3。他們認(rèn)為在590時(shí)可能發(fā)生了以下反應(yīng).30（2）鏡象作用與金屬非金屬界面的附著力.附著力的來(lái)源有兩種：(1)金屬非金屬間發(fā)生了鍵合作用；(2)機(jī)械鎖定(localm)作用. 對(duì)于在溫度不太高(500 )，淀積在玻璃襯底或陶瓷襯底上的金屬膜來(lái)說(shuō)，附著力的來(lái)源一直認(rèn)為是化學(xué)鍵

20、力或vanderwals色散力的作用。其實(shí)在金屬非金屬附著時(shí)，鏡象作用(image interaction)有重要貢獻(xiàn)。31鏡象作用的基本概念 在電學(xué)性質(zhì)上，金屬與非金屬分界面兩邊的介電常數(shù)非常不匹配。金屬的相對(duì)介電常數(shù) 可看作無(wú)限大，而一般的氧化物的 大概是10左右。非金屬材料主要由離子鍵組成、其小的缺陷和雜質(zhì)都帶電。 對(duì)于 一個(gè)平面狀的界面。兩邊的介常數(shù)分別為 和 ， 存在電荷Q，距界面的距離為d。由鏡象作用引起的附加界面能Em為.32 對(duì)于自由表面( 1)，則Em0、即附加能或鏡象作用是排斥性的，增加了表面的不穩(wěn)定。界面的附著力由界面結(jié)合能W決定 W=om+o+m 式中om是金屬-非金屬

21、界面能，o和m為氧化物和金屬的表面能。Em項(xiàng)對(duì)om 和o加均有貢獻(xiàn)，能使W減小。 雖然鏡象引力對(duì)金屬-金屬間的附著很重要，但很多資料不予討論。這主要是因?yàn)闊o(wú)法從定量上來(lái)處理界面附近帶電缺陷和雜質(zhì)的濃度和分布。33 離子化合物或部分離子化臺(tái)物靠近金屬時(shí)，鏡象引力有兩種來(lái)源：化合物中的離子電荷靠近金屬而獲得穩(wěn)定化；離子晶體中帶電的缺陷靠近其表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生吸引作用. 當(dāng)氧化物表面存在有可極化的金屬時(shí)，能量會(huì)降低；如果是不可極化的自由空間，能量就要升高。鏡象作用表達(dá)式在a2時(shí)仍有效。距離進(jìn)一步減小時(shí)，會(huì)由于離子晶體與金屬的電子云重疊而產(chǎn)生巨大的排斥力.34金屬-非金屬界面的附著 對(duì)于一個(gè)沒有明顯互擴(kuò)散

22、和固相反應(yīng)的金屬非金屬界面來(lái)說(shuō)，鏡象作用對(duì)附著力起著關(guān)鍵作用。 NiO具有巖鹽結(jié)構(gòu)，其(100)面上正負(fù)離子交錯(cuò)排列，整個(gè)面呈電中性，故當(dāng)與金屬接觸時(shí)，不會(huì)有明顯的鏡象作用，附著力的來(lái)源主要是vander waIs作用。經(jīng)計(jì)算，金屬與NiO(100）間的附著力為0.74Jm-2。在(110)面上，則可能是正離子層，也可能是負(fù)離子層，即NiO沿110方向是由(110)面正、負(fù)離子分層交叉排列的。當(dāng)NiO(110)與金屬接觸，會(huì)有顯著的鏡象作用。金屬和NiO(110)面的附著力為133Jm-2，幾乎是(100)面的一倍。35非金屬材料中的帶電空位、填隙離子和雜質(zhì)，都會(huì)通過鏡象作用對(duì)附著力作出貢獻(xiàn).

23、36 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果液體金屆與氧化物間的潤(rùn)濕性好，附著力就大。進(jìn)一步研究表明，潤(rùn)濕性與vander waals色散力無(wú)直接關(guān)系，與金屬本身無(wú)關(guān)，由氧化物性質(zhì)決定。如果氧化物中容易發(fā)生無(wú)序或非化學(xué)計(jì)量比，金屬非金屬界面的潤(rùn)濕性就好。NiO、UO2和V2O3容易產(chǎn)生缺陷或離子變價(jià)，所以它們的潤(rùn)濕性比Mg0、ThO2和Al2O3要好。 水在純硅的表面是不潤(rùn)濕的，如果硅表面生成一層厚于40的氧化硅，就能完全潤(rùn)濕。Willimas和Goodman在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)硅與水的接觸角隨氧化37 硅厚度的增加而增大。這一關(guān)系至今還沒有可倍服的解釋，但可以唯象地認(rèn)為襯底中的電荷有一定關(guān)系。 襯底中的電荷，通過鏡象作用

24、對(duì) om 和 o 起作用。隨著氧化硅厚度的增加，缺陷（電荷)也相應(yīng)增加。經(jīng)過估算，只要在表面層下1013cm2量級(jí)的電荷密度，就能夠完全潤(rùn)濕水。 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：氧比硅中的電荷態(tài)高溫時(shí)距表面3.2，低溫時(shí)為5.4，一般認(rèn)為氧化硅中的電荷主要是F，它是HF腐蝕硅后殘留在表面區(qū)的.38輻射增強(qiáng)作用 實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過輻射的界面，附著力都有明顯增加。特別對(duì)于金屬聚合物界面和聚合物-聚合物界面，附著力的輻射增強(qiáng)作用更為顯著。 輻射會(huì)在聚合物和晶體中產(chǎn)生自由基或各種缺陷，它們往往是帶電的，這樣就會(huì)發(fā)生鏡象作用，增強(qiáng)界面附著力。 金屬：非活性金屬、相對(duì)非活性金屬、活性金屬 39 Au是非活性金屬的代表、它淀積在氧

25、化物或陶瓷襯底上的附著力比相對(duì)活性金屬(CuAg)和活性金屬(Al及Fe等過渡金屬)要差得多。以前認(rèn)為，Au與陶瓷間的附著力是vander waals力，后來(lái)經(jīng)過仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)盡管附著力小，但其數(shù)值比出vander waals色散作用估計(jì)的要大。這就意味著在金陶瓷附著力中，鏡象作用仍有貢獻(xiàn)。40 鏡象作用的來(lái)源是淀積過程中形成的一定數(shù)目的帶電缺陷。 濺射及離子鍍比真空蒸發(fā)更容易產(chǎn)生帶電缺陷. 淀積過程中帶電缺陷首先在晶核處形成，在生長(zhǎng)過程中也有可能發(fā)生，故帶電缺陷與膜的厚度有關(guān)。 帶電缺陷通常屬于非平衡缺陷，溫度對(duì)它有很大影響。因此附著力的輻射增強(qiáng)效應(yīng)與熱處理有關(guān)，而且有明顯的老化效應(yīng).41靜

26、電鍵合 靜電鍵合也稱陽(yáng)極鍵合. 在鍵合過程中，金屬與玻璃(陶瓷)兩邊加上電極，金屬接正電壓。經(jīng)過一定時(shí)間，除去電壓，金屬與玻璃(陶瓷)間的附著力明顯增加。這是由于玻璃和陶瓷內(nèi)的活動(dòng)性強(qiáng)的帶電缺陷，在電場(chǎng)作用下，逐步遷移到金屬-玻璃(陶瓷)界面的金屬側(cè)，發(fā)生鏡象作用，使附著力增加. 常用靜電鍵合法來(lái)粘接非活性金屬同陶瓷相玻璃的界面. 陽(yáng)極電火花淀積技術(shù)：可將陶瓷、氧化物淀積在Al、Ta、Nb、Ti、Ni和Cu等導(dǎo)電的襯底上.425、金屬-聚合物分界面 隨著微電技術(shù)的發(fā)，大規(guī)模集成電路為了提高集成度相封裝密度，在芯片設(shè)計(jì)上采用多層金屬化結(jié)構(gòu)。在交叉過程中，多層金屬化結(jié)構(gòu)中有很多金屬絕緣體界面，它們對(duì)器件和電路的性能、成品率、可靠性等起決定性作用. 陶瓷：優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性。不足：介電常數(shù)高，不能再高速電路中被采用；表面很難形成小于10um左右的細(xì)條圖形，影響封裝密度。 聚合物：介電常數(shù)適合，可以通過光刻方法，在表面形成1um左右的細(xì)線條，適合高速電路和高密度封裝。不足：機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性差43 現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是將陶瓷和聚合物混合起來(lái)使用，這樣可發(fā)揮