氮化錳導電性的應用

           氮化錳導電性的應用      

背景及概述^[1][2]

氮化錳中間合金產品的研究對金屬錳深加工產業具有重要的現實意義及經濟價值。由于錳、氮的各種作用,在煉制高強度鋼、不銹鋼、耐熱鋼時需要同時加人錳、氮元素。以單質形式加入錳、氮兩種元素時，存在如氮的溶解度低、密度小、不易加入及氮的添加量不易控制等缺點。然而，以氮錳化合物形式加入時，不僅易于加入，并且錳、氮的利用率也高，因此研究氮化錳的制備工藝有著重要意義，同時，氮化錳制品市場前景遠大。

應用 ^[2]

1、制備一種氮化錳薄膜

傳統的Mn基阻擋層主要通過PVD共沉積CuMn復合材料，然后使用熱退火處理 使Mn擴散至介質表面來實現。但是，在退火過程中，Cu與low-k（比如SiCOH）介質直接接觸， 將會導致Cu在介質材料中擴散；而且形成的MnSixOy薄膜導電性較差，一般為絕緣體，會導致 RC延遲增加。

CN201810068633.4克服了傳統方法制備的Mn基阻擋層的不足，提出一種導電性良好，薄膜厚度精確可控，薄膜的組成和厚度均勻，且可以在三維結構中實現均勻覆蓋的MnxNy薄膜（其中x和y分別代表Mn和N在薄膜中的相對原子比）制備方法，并且與目前集成電路后道 Cu互連技術相兼容，具有很好的市場應用前景。

該方法是在反應 腔中的襯底上進行至少一次反應循環，一次反應循環包含以下步驟：

步驟1，以脈沖的方式向反應腔中通入Mn(EtCp)2蒸氣，使之與襯底表面的Si-H或Si-OH 活性基團發生反應（Mn(EtCp)2中某一個化學鍵斷裂與襯底表面的懸掛鍵成鍵），在襯底上 形成密集且均勻且密集吸附的Mn(EtCp)2層；

步驟2，通入吹洗用氣體，以將反應腔中多余的Mn(EtCp)2蒸氣以及氣態的反應副產物 吹洗干凈；

步驟3，以脈沖的方式向反應腔中通入NH3氣體，同時開啟等離子體發生器使其電離產 生NH3等離子體，并與吸附于襯底表面的Mn(EtCp)2發生化學反應（NH3等離子體將與Mn連接 的苯環鍵打斷，并與Mn成鍵）。

步驟4，通入吹洗用氣體，以將反應腔中多余的NH3等離子體以及反應副產物吹洗干凈，獲得氮化錳薄膜；其中，所述的吹洗用氣體是指不與前驅體發生反應本發明的優點如下：

（1）本發明提出的制備MnxNy阻擋層薄膜的方法，相對于傳統PVD共沉積CuMn工藝，具有 工藝流程簡單，無需后退火，可直接在介質上形成MnxNy阻擋層薄膜。

（2）本發明制備的MnxNy薄膜具有很好的均勻性和表面平整度。

（3）本發明制備的MnxNy薄膜具有較低的電阻率。

（4）本發明提出的MnxNy薄膜的制備方法，可以在較大深寬比的三維結構中實現均 勻沉積。

2、制備氮化錳修飾碳包覆硅酸亞鐵鋰

傳統硅酸亞鐵鋰的電子電導率低，從而造成其低的初始容量和循環衰減快，限制了進一步發展。CN201410320437.3提供一種新的技術方案，采用氮化錳修飾碳包覆可以有效提高材料的電子電導率，提升其放電比容量和循環穩定性。通過以下技術方案實現：

氮化錳修飾碳包覆硅酸亞鐵鋰的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）、按Li：Fe：Si摩爾比為2:1:1稱取鋰化合物、鐵化合物、硅化合物，將鋰化合物、鐵化合物溶解在去離子水中，轉移到水熱釜中，加入硅化合物和原料質量分數1-5%的抗壞血酸，再加入原料質量分數2-30%的碳源，120-200℃下反應4-20h后，用去離子水洗滌至中性，在50-90℃下烘干成粉末。

（2）、在步驟（1）粉末中，按鋰、錳摩爾比為1:（0.01-0.1）加入錳源置于球磨設備中球磨4-10h得到硅酸亞鐵鋰前驅體粉末。

（3）、將步驟（2）中的前驅體粉末在高純氮氣（≥99.99%）氣氛保護下600-800℃氮化燒結4-8h，再通入惰性氣氛600-800℃燒結5-15h，自然冷卻研磨得到目標產物氮化錳修飾碳包覆硅酸亞鐵鋰正極材料。

本發明的有益效果：

（1）、通過可溶性鋰鹽、亞鐵鹽，以水為溶劑，通過反應器加熱，在高溫高壓條件下提供常壓下無法提供的特殊物理環境，使前驅體得到充分反應，并重新結晶得到粒度小且均勻的硅酸亞鐵鋰材料，加入抗壞血酸防止二價鐵的氧化。

（2）、將前驅體和錳源研磨，控制錳源顆粒大小，使前驅體和錳源充分混合，操作簡單易于放大，制備出的氮化錳修飾碳包覆硅酸亞鐵鋰可以有效提高其電子電導率，增加放電比容量和循環穩定性。

（3）、采用高純氮氣既可以做硅酸亞鐵鋰生成的保護氣氛，也可以將錳源氮化，形成氮化錳，均勻修飾在硅酸亞鐵鋰的表面，提高材料的電化學性能。

                                                                                                                                                                          克拉瑪爾試劑tel: 4001650900