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
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
研究了金属Cr作为扩散阻挡层的GaAs欧姆接触技术，设计了Au/Cr/AuGe/Ni和Ti/Cr/Au两种欧姆接触合金系统，并对Cr阻挡层厚度与退火条件进行了优化。研究结果表明：两种合金系统均可在380～480 ℃退火条件下形成欧姆接触，且Au/Cr/AuGe/Ni系统在420 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为2.63×10－6 Ω·cm2，相较于在相同基底上镀制的Au/Ni/AuGe/Ni合金系统比接触电阻率的最低值1.54×10－5 Ω·cm2降低了近一个数量级，且具有更好的表面形貌；Ti/Cr/Au系统在440 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为6.99×10－7 Ω·cm2，且在420～460 ℃相对较宽的温度范围内均可获得低的比接触电阻率。
材料 半导体器件 欧姆接触 扩散阻挡层 合金化 比接触电阻率 中国激光
2022, 49(11): 1103001
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 空间物理重点实验室, 北京, 100076
热电器件中, 界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件, 热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下, DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构, 导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型, 并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选, 发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布, 结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中, CoSb2反应层最为薄弱, 随着老化时间的延长, 反应层的厚度增加, 界面应力变大。同时, 元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好, 验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导, 同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度 thermoelectric joints diffusion barrier layer finite element model tensile strength
南京大学 电子科学与工程学院,江苏省光电功能材料重点实验室,南京210093
采用真空蒸镀方法在Si衬底上制备了Si/Au、Si/Ni/Au和Si/Ti/Au结构多层膜,进行多种条件下的退火实验,研究了不同黏附层对Au/Si共晶体系中硅扩散的影响。实验结果表明,黏附层对硅的扩散起到阻挡作用,Ti层与Ni层作为阻挡层在较低温度下发生失效,退火气氛对阻挡层的失效具有显著影响。这表明Au/Si体系中扩散阻挡层失效的机制并不是直接的固相反应。文章提出势垒模型来解释扩散阻挡层的失效机制。
共晶 硅扩散 扩散阻挡层 退火气氛 Au/Si Au/Si eutectic diffusion barrier layer ambient
Author Affiliations
Abstract
1 Suzhou Institute of Nano-tech and Nano-bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China
2 CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
3 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Intrinsic zinc oxide films, normally deposited by radio frequency (RF) sputtering, are fabricated by direct current (DC) sputtering. The oxygen-deficient targets are prepared via a newly developed double crucible method. The 800-nm-thick film obtaines significantly higher carrier mobility compareing with that of the 800-nm-thick ZnO film. This is achieved by the widely used RF sputtering, which favors the prevention of carrier recombination at the interfaces and reduction of the series resistance of solar cells. The optimal ZnO film is used in a Cu (ln, Ga) Se2 (CIGS) solar cell with a high efficiency of 11.57%. This letter demonstrates that the insulating ZnO films can be deposited by DC sputtering from oxygen-deficient ZnO targets to lower the cost of thin film solar cells.
氧化锌 薄膜 溅射 扩散阻挡层 太阳能电池 310.6845 Thin film devices and applications 310.7005 Transparent conductive coatings 310.1860 Deposition and fabrication Chinese Optics Letters
2011, 9(10): 103102
