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零下70度鍵合銅與矽 李天錫教授團隊成果登上金屬頂尖期刊

發布日期: 2020-12-22    文/機械系
中央大學機械系李天錫教授(中)研究團隊對晶圓鍵合學理提出創新觀點,成果刊載於金屬頂尖期刊《材料學報》(Acta Materialia)。石孟佳攝
中央大學機械系李天錫教授(中)研究團隊對晶圓鍵合學理提出創新觀點,成果刊載於金屬頂尖期刊《材料學報》(Acta Materialia)。石孟佳攝

中央大學機械系李天錫教授研究團隊在合成奈米矽晶實驗中意外發現,在室溫下甚至在攝氏零下70度,銅與矽的表面鍵合也能產生和數百度高溫退火後一樣強的效果。這實驗結果對晶圓鍵合學理提出創新觀點,不是退火溫度,電子才是關鍵,成果刊載於金屬頂尖期刊《材料學報》(Acta Materialia)。

李天錫教授教授說,晶圓鍵合技術是製作先進光電材料、奈微機電系統、半導體材料的一項關鍵技術,不用膠,而使用互相接觸表面原子產生鍵結將材料結合在一起。傳統的方式,是透過熱處理,在高溫下進行,使接面能產生足夠強度的鍵合能。

銅是金屬鍵,矽是共價鍵,兩者不易產生中間化合物,不易形成鍵結,也不能緊密接合一起,也由於矽黏不住銅,因此銅原子很容易在矽中擴散。現今使銅與矽結合常用的技術是壓縮鍵合法,先在矽晶圓上鍍上一層黏著層,這黏著層可以黏住隨後鍍上的銅薄膜,然後把這銅薄膜表面與另一銅材質表面互相緊緊扣壓,經熱處理後,隔個黏著層把銅和矽鍵合在一起。但嚴格說來,這是銅與銅之間的鍵合。

李天錫教授團隊發現以「電化學」方式使銅片表面的銅原子游離化,再與矽晶圓表面上的懸掛鍵進行鍵結。李天錫說,可達到攝氏零下70度,就證明了一件事,銅與矽的鍵合,與熱能沒多大關係,是應用電子轉移產生離子直接鍵合的方式,不再受限於退火溫度,可有更廣泛的應用。

鍵合界面雖只有數個原子厚,卻有達到鍵合材料之破裂強度的鍵合能。這項實驗的結果及對超低溫鍵合現象提出的見解,可縮短製程,擴大應用層面。成果刊載於2020年底出刊的金屬頂尖期刊《材料學報》(Acta Materialia)發表。

李天錫教授對銅與矽超低溫鍵合現象提出的見解,可縮短製程,擴大應用層面。照片李天錫教授提供
李天錫教授對銅與矽超低溫鍵合現象提出的見解,可縮短製程,擴大應用層面。照片李天錫教授提供
李天錫教授研室團隊,原本進行的是奈米矽晶實驗,對於銅與矽的鍵合是意外發現。石孟佳攝
李天錫教授研室團隊,原本進行的是奈米矽晶實驗,對於銅與矽的鍵合是意外發現。石孟佳攝
更新日期: 2021-07-07 文章分類: 學術新聞 瀏覽人次: 790