研究论文

11 协同Al体相掺杂与表面包覆实现高性能无钴高镍正极

无钴高镍LiNi0.9Mn0.1O2（简称LNM91）正极材料凭借高容量（>230 mAh/g）和高能量密度（850 Wh/kg）在动力电池领域备受关注。然而，其在实际应用中面临两大阻碍：一是体相结构不稳定—循环过程中会发生不可逆H2−H3相变、Li⁺/Ni²⁺混排及颗粒开裂；二是界面副反应严重—过渡金属溶解。传统的掺杂与包覆改性法往往只能解决其中一个问题，并且二者联用改性通常需要多步煅烧，耗时耗能。

近日，云南大学丁军桥团队与卢文教授、昆明理工大学张义永老师合作，首先在前驱体包覆一层AlOOH，在高温煅烧过程中部分Al³⁺掺入LNM91体相晶格取代部分Ni³⁺，并同时在颗粒表面原位生成一层LiAlO2保护层（图1）。由于Al−O键比Ni−O更强，并且Al³⁺无磁性，有效抑制了Li⁺/Ni²⁺混排和H2−H3相变；而表面的LiAlO2包覆层既是快离子导体，又能隔绝电与液与正极的直接接触，防止过渡金属溶解和微裂纹扩展。这种“内外协同”的双改性方式，提升了材料的循环稳定性和倍率性能。结果表明，与未改性的LNM91正极相比，Al双改性优化后的正极（6Al-LNM91）在0.5 C循环120次后，容量保持率高达94.03%，优于未改性材料的76.82%。即使在4.7 V的高电压下循环100次后容量保持率仍有83.54%（图2）。

这项工作采用湿法包覆前驱体结合一步煅烧的方式，同步实现了单一元素体相掺杂和表面包覆双改性，可扩展到其他高性能正极材料。

图2.（a）首次和（b）第五次充放电曲线。（c）倍率性能。正极材料0.5 C循环性能：（d）2.8−4.4 V，（e）2.8−4.7 V。（f）LNM91和6Al-LNM91正极全电池循环性能。

该文章以题为“Synergistic aluminum lattice doping and surface coating for high-performance Co-free Ni-rich cathodes”发表在Journal of Semiconductors上。

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Synergistic aluminum lattice doping and surface coating for high-performance Co-free Ni-rich cathodes

Lang Wen, Liang Shan, Yunhan Hu, Yiyong Zhang, Wen Lu, Wen-Hua Zhang, Junqiao Ding

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12 面向亚100纳米精度晶圆键合的Overlay评估扩展模型与工艺关联性研究

随着半导体制造从平面工艺向三维集成迈进，晶圆键合精度已成为决定垂直互连成败和最终器件性能的核心环节。当前，技术节点对键合精度的要求已从数百纳米快速推进至50纳米以下，这对精度表征与控制手段提出了前所未有的挑战。传统方法通常将键合后的对准偏差简单分解为平移、旋转和缩放分量，并把其余部分全部视作随机残差。然而，由于晶体各向异性和工艺应力的复杂作用，键合后的晶圆往往会产生具有确定性空间分布的系统性面内变形，这种变形无法被传统刚体模型所描述，导致残差异常偏高、误差根源难以追溯，制约着工艺优化与装备性能的进一步提升。

针对这一挑战，清华大学机械工程系朱煜教授和杨开明研究员课题组开展了系统研究。王锐博士等人在此工作中提出了一种融合物理机理与数据驱动的键合精度扩展评估模型，并建立了其与工艺参数的相关性分析方法。该模型引入基于泽尼克多项式的系统性变形项。泽尼克多项式在单位圆上具有正交完备性，且其低阶项与经典变形模式之间有着直观的对应关系，这使得模型在拥有高拟合精度的同时，天然具备良好的物理可解释性。同时，研究团队通过一种“物理引导+数据驱动”的项优选策略：先根据晶体对称性进行物理预筛选，将候选空间压缩至合理范围，再结合赤池信息准则优化的逐步回归算法，自动筛选出最优泽尼克项组合。这一策略有效回避了经验选参和盲目高阶项引入带来的过拟合与欠拟合问题。在图形化晶圆几何形貌测量数据上的验证结果表明，该模型对键合过程引入的净变形和光刻可补偿分量的解释方差均超过0.70，展现出了优异的变形分解能力。

更具工程意义的是，该研究通过多组工艺实验建立了工艺参数与特定变形模式之间的定量关联。从工艺特征与泽尼克系数的相关性分析中可以发现，键合头峰值力与特定的高阶非对称变形模式之间存在强正相关关系，相关系数绝对值大于0.85；与此同时，中心区保压时间则与某些变形模式呈现显著的负相关。这为通过主动调节工艺参数来抑制有害变形模式提供了直接的数据依据。

展望未来，该研究所构建的从理论模型、算法优选、实验验证到工艺溯源的技术框架，不仅为亚百纳米精度晶圆键合提供了量化的评估工具，也为键合-光刻协同优化与闭环控制奠定了理论和技术基础。后续通过结合多物理场仿真与高分辨率应力表征手段，有望将当前统计意义上的相关性升华为经过校准的物理预测模型，推动键合精度控制从被动评估走向主动调控。

图1. 特定工艺条件下键合残差的优化选择泽尼克模型。（a）传统模型的残差分布、（b）优化选择的扩展模型的残差分布、（c）提取的系统性变形场、（d）基于AIC准则的模型选择过程、（e）最优泽尼克系数、（f）残差分布统计。

图2. 工艺特征与泽尼克系数相关性热力图。

该文章以题为“An extended overlay assessment model with process correlation analysis for sub-100-nm accuracy wafer bonding”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

An extended overlay assessment model with process correlation analysis for sub-100-nm accuracy wafer bonding

Rui Wang, Sen Lu, Kaiming Yang, Yu Zhu

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