CN113943531B - 一种抗辐射封装加固的cmos器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗辐射封装加固的CMOS器件及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。本发明解决了现有屏蔽材料无法有效解决CMOS器件受到总剂量效应影响后导致阈值电压的绝对值增大、甚至性能失效等问题。本发明首先将稀土金属氧化物与高Z金属材料进行复合，形成核壳结构，再将复合颗粒与树脂基体复合，涂覆于CMOS器件表面，制备成抗封装加固的辐射防护涂层。本发明制备的核壳结构复合颗粒在树脂基体中分散开后，会在微观结构上形成不同材料多层交替的结构，实现射线在材料中的交替穿透，使材料具备更好辐射屏蔽能力的同时，简化了多层交替材料的制备工艺。

Description

一种抗辐射封装加固的CMOS器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗辐射封装加固的CMOS器件及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
总剂量效应是指在一段时间内辐射的积累剂量(辐射在单位质量物质中沉积的能量)引起的辐射效应，造成器件或电路整体性能的逐步退化。总剂量效应主要由空间环境中的电子、质子以及核***产生的X射线、γ射线等引起。总剂量效应对CMOS器件的影响主要体现在三个方面：①晶体管阈值电压漂移，严重时可以导致芯片功能丧失；②NMOS晶体管漏电流增加，导致芯片静态功耗上升；③器件中表面态等缺陷密度升高，导致晶体管电流下降。为防止总剂量效应对CMOS器件的影响所带来的危害，需要采取一定的辐照防护措施保证其正常工作。
发明内容
本发明为了解决现有防辐射材料对CMOS器件屏蔽性能差且屏蔽单一的问题，提供一种抗辐射封装加固的CMOS器件及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种抗辐射封装加固的CMOS器件及其制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备复合粉体；
以稀土金属氧化物和高Z金属材料为原料，制备核壳结构的复合粉体；
步骤2，制备复合涂层；
将步骤1获得的复合粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将得到的浆料涂覆在CMOS器件表面，固化处理后形成复合涂层。
进一步限定，步骤1中稀土金属氧化物为硝酸钆、硝酸铕、硝酸镨、硝酸镝、硝酸铒中一种或两种以上按任意比例混合，或者为氧化钆、氧化珥、氧化铕、氧化镨、氧化镝中一种或两种以上按任意比例混合；所述的高Z金属材料为钨单质、钽单质或铋单质。
进一步限定，步骤1制备复合粉体的方法具体为：
向稀土金属氧化物的水溶液中加入高Z金属材料粉体，搅拌均匀后，加入氨水并加热，使稀土金属氧化物层析出并均匀的分散在高Z金属材料粉体的表面，得到具有包覆结构复合粉体。
进一步限定，步骤1制备复合粉体的方法具体为：
向稀土金属氧化物的水溶液中加入高Z金属材料粉体，搅拌均匀后，加入氨水并加热，使稀土金属氧化物层析出并均匀的分散在高Z金属材料粉体的表面，得到具有包覆结构复合粉体。
进一步限定，步骤1制备复合粉体的方法具体为：
首先，使用三羟甲基氨基甲烷缓冲液调节多巴胺溶液的pH值至8.5，然后加入高Z金属材料粉体，搅拌后过滤，依次使用水和乙醇清洗后烘干，获得高Z金属材料/聚多巴胺；
然后，向稀土金属氧化物的水溶液中加入高Z金属材料/聚多巴胺，搅拌后过滤，烘干处理后在氮气保护下煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为2h，获得复合粉体。
更进一步限定，稀土金属氧化物的水溶液浓度为0.02mol/L～0.4mol/L，所述的稀土金属氧化物与高Z金属材料粉体的质量比为1:1。
更进一步限定，多巴胺溶液浓度为1g/L～2g/L。
进一步限定，步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的30％～70％。
进一步限定，步骤2中研磨处理时间为5min～10min。
进一步限定，步骤2获得到的复合涂层的厚度为100um～300um。
进一步限定，步骤2中树脂为环氧树脂、氰酸酯或聚氨酯。
进一步限定，步骤2中浆料涂覆方式为喷涂法或刮涂法。
进一步限定，步骤2中固化条件为30～80℃下处理4h。
本发明具有以下有益效果：本发明首先将稀土金属氧化物与高Z金属材料进行复合，形成核壳结构，再将复合颗粒与树脂基体复合，制备成防辐射涂层。具有以下优点：
(1)本发明将传统屏蔽中子的低Z材料更换成稀土材料，稀土金属氧化物是良好的中子吸收剂，并且稀土元素的高原子序数元素还兼具使，γ射线衰减的功能，使获得的复合材料具备更好的总剂量效应防护能力；
(2)本发明制备的核壳结构复合颗粒在树脂基体中分散开后，会在微观结构上形成不同材料多层交替的结构，实现射线在材料中的交替穿透，使材料具备更好的总剂量效应防护能力，简化了多层交替材料的制备工艺；
(3)本申请将中子吸收截面较高的中子吸收体稀土金属氧化物与重金属混合，稀土氧化物吸收部分中子的同时，抑制了重金属与中子的相互作用时产生的二次伽玛射线，有效屏蔽与减少了二次粒子；
(4)本发明将稀土材料与传统高Z金属材料进行复合，使得复合材料在屏蔽γ射线和中子的能力大幅提升，该方法提供的材料丰富了辐射屏蔽材料的种类。
附图说明
图1为W/Er2O3/氰酸酯树脂复合涂层照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
一、制备复合粉体
向体积为200mL，浓度为15g/L的硝酸铒水溶液中加入15g钨粉，搅拌均匀后，加入20mL氨水，在35℃条件下进行搅拌，直至Er2O3层析出并均匀地分散在钨粉的表面，得到包覆效果较好的W@Er2O3复合材料；
二、复合粉体
将上述获得的复合粉体与氰酸酯树脂进行混合，其中复合粉体质量分数为30％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为5min，研磨结束后，采用喷涂的方式将混合得到的浆料涂覆在CMOS器件表面，形成厚度为200um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在30℃下固化3h，获得复合涂层。
利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
Figure BDA0003283181310000031
通过测试数据可知，该实施例改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的涂层材料，且改性后的复合涂层将241Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.254cm，可有效提高CMOS器件的辐射防护能力。
实施例2：
一、制备复合粉体
使用三羟甲基氨基甲烷缓冲液将体积为200mL，浓度为2g/L的多巴胺溶液pH值调节至8.5，加入10g经乙醇清洗过的钨粉，然后在电动搅拌器下搅拌24h后过滤分离，依次用水和乙醇清洗后烘干，获得钨/聚多巴胺(W/PDA)；
向体积为100mL，浓度为0.3mol/L的硝酸铒溶液中加入Ta/PDA，使体系内W/PDA的浓度为2g/L，磁力搅拌1h时间后过滤分离烘干，将制得的样品在800℃条件下通氮气高温煅烧2h，其中升温速率为2℃/min，获得复合粉体；
二、复合粉体
将上述获得的复合粉体与氰酸酯树脂进行混合，其中复合粉体质量分数为30％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为5min，研磨结束后，采用喷涂的方式将混合得到的浆料涂覆在CMOS器件表面，形成厚度为200um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在30℃下固化3h，获得复合涂层。
利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
Figure BDA0003283181310000041
通过测试数据可知，该实施例改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的涂层材料，且改性后的复合涂层将241Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.0.230cm，可有效提高CMOS器件的辐射防护能力。

Claims (5)

1.一种抗辐射封装加固的CMOS器件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备复合粉体；
以稀土金属氧化物和高Z金属材料为原料，制备核壳结构的复合粉体；
所述的步骤1制备复合粉体的方法具体为：向体积为200mL，浓度为15g/L的硝酸铒水溶液中加入15g钨粉，搅拌均匀后，加入20mL氨水，在35℃条件下进行搅拌，直至Er2O3层析出并均匀地分散在钨粉的表面，得到包覆效果较好的W@Er2O3复合材料；
步骤2，制备复合涂层；
将步骤1获得的复合粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将得到的浆料涂覆在CMOS器件表面，固化处理后形成复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种抗辐射封装加固的CMOS器件的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的30％～70％。
3.根据权利要求1所述的一种抗辐射封装加固的CMOS器件的制备方法，所述的步骤2中研磨处理时间为5min～10min。
4.根据权利要求1所述的一种抗辐射封装加固的CMOS器件的制备方法，其特征在于，所述的步骤2获得到的复合涂层的厚度为100 μ m ～300 μ m 。
5.根据权利要求1所述的一种抗辐射封装加固的CMOS器件的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中树脂为氰酸酯、环氧树脂或聚氨酯中任意一种。
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