氮化锰的应用

背景及概述^[1][2]

氮化锰中间合金产品的研究对金属锰深加工产业具有重要的现实意义及经济价值。由于锰、氮的各种作用,在炼制高强度钢、不锈钢、耐热钢时需要同时加人锰、氮元素。以单质形式加入锰、氮两种元素时，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点。然而，以氮锰化合物形式加入时，不仅易于加入，并且锰、氮的利用率也高，因此研究氮化锰的制备工艺有着重要意义，同时，氮化锰制品市场前景远大。

应用 ^[2]

1、制备一种氮化锰薄膜

传统的Mn基阻挡层主要通过PVD共沉积CuMn复合材料，然后使用热退火处理 使Mn扩散至介质表面来实现。但是，在退火过程中，Cu与low-k（比如SiCOH）介质直接接触， 将会导致Cu在介质材料中扩散；而且形成的MnSixOy薄膜导电性较差，一般为绝缘体，会导致 RC延迟增加。

CN201810068633.4克服了传统方法制备的Mn基阻挡层的不足，提出一种导电性良好，薄膜厚度精确可控，薄膜的组成和厚度均匀，且可以在三维结构中实现均匀覆盖的MnxNy薄膜（其中x和y分别代表Mn和N在薄膜中的相对原子比）制备方法，并且与目前集成电路后道 Cu互连技术相兼容，具有很好的市场应用前景。

该方法是在反应 腔中的衬底上进行至少一次反应循环，一次反应循环包含以下步骤：

步骤1，以脉冲的方式向反应腔中通入Mn(EtCp)2蒸气，使之与衬底表面的Si-H或Si-OH 活性基团发生反应（Mn(EtCp)2中某一个化学键断裂与衬底表面的悬挂键成键），在衬底上 形成密集且均匀且密集吸附的Mn(EtCp)2层；

步骤2，通入吹洗用气体，以将反应腔中多余的Mn(EtCp)2蒸气以及气态的反应副产物 吹洗干净；

步骤3，以脉冲的方式向反应腔中通入NH3气体，同时开启等离子体发生器使其电离产 生NH3等离子体，并与吸附于衬底表面的Mn(EtCp)2发生化学反应（NH3等离子体将与Mn连接 的苯环键打断，并与Mn成键）。

步骤4，通入吹洗用气体，以将反应腔中多余的NH3等离子体以及反应副产物吹洗干净，获得氮化锰薄膜；其中，所述的吹洗用气体是指不与前驱体发生反应本发明的优点如下：

（1）本发明提出的制备MnxNy阻挡层薄膜的方法，相对于传统PVD共沉积CuMn工艺，具有 工艺流程简单，无需后退火，可直接在介质上形成MnxNy阻挡层薄膜。

（2）本发明制备的MnxNy薄膜具有很好的均匀性和表面平整度。

（3）本发明制备的MnxNy薄膜具有较低的电阻率。

（4）本发明提出的MnxNy薄膜的制备方法，可以在较大深宽比的三维结构中实现均 匀沉积。图1为本发明的沉积MnxNy薄膜的一个反应循环示意图。

2、制备氮化锰修饰碳包覆硅酸亚铁锂

传统硅酸亚铁锂的电子电导率低，从而造成其低的初始容量和循环衰减快，限制了进一步发展。CN201410320437.3提供一种新的技术方案，采用氮化锰修饰碳包覆可以有效提高材料的电子电导率，提升其放电比容量和循环稳定性。通过以下技术方案实现：

氮化锰修饰碳包覆硅酸亚铁锂的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）、按Li：Fe：Si摩尔比为2:1:1称取锂化合物、铁化合物、硅化合物，将锂化合物、铁化合物溶解在去离子水中，转移到水热釜中，加入硅化合物和原料质量分数1-5%的抗坏血酸，再加入原料质量分数2-30%的碳源，120-200℃下反应4-20h后，用去离子水洗涤至中性，在50-90℃下烘干成粉末。

（2）、在步骤（1）粉末中，按锂、锰摩尔比为1:（0.01-0.1）加入锰源置于球磨设备中球磨4-10h得到硅酸亚铁锂前驱体粉末。

（3）、将步骤（2）中的前驱体粉末在高纯氮气（≥99.99%）气氛保护下600-800℃氮化烧结4-8h，再通入惰性气氛600-800℃烧结5-15h，自然冷却研磨得到目标产物氮化锰修饰碳包覆硅酸亚铁锂正极材料。

本发明的有益效果：

（1）、通过可溶性锂盐、亚铁盐，以水为溶剂，通过反应器加热，在高温高压条件下提供常压下无法提供的特殊物理环境，使前驱体得到充分反应，并重新结晶得到粒度小且均匀的硅酸亚铁锂材料，加入抗坏血酸防止二价铁的氧化。

（2）、将前驱体和锰源研磨，控制锰源颗粒大小，使前驱体和锰源充分混合，操作简单易于放大，制备出的氮化锰修饰碳包覆硅酸亚铁锂可以有效提高其电子电导率，增加放电比容量和循环稳定性。

（3）、采用高纯氮气既可以做硅酸亚铁锂生成的保护气氛，也可以将锰源氮化，形成氮化锰，均匀修饰在硅酸亚铁锂的表面，提高材料的电化学性能。

主要参考资料

[1]陈珏俐,吴庆定.氮化锰制备工艺研究进展[J].铁合金,2011,42(06):44-48.

[2]CN201810068633.4 一种氮化锰薄膜的制备方法

[3]CN201410320437.3 氮化锰修饰碳包覆硅酸亚铁锂的制备方法