[发明专利]金银镶嵌靶材及其薄膜的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射镀膜用靶材及其薄膜，特别是涉及一种金银镶嵌靶材及其薄膜的制备方法。

背景技术

磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式，和较早的蒸发镀膜方式相比在很多方面优势明显，它作为一项较为成熟的技术，磁控溅射已经被应用于许多领域。

磁控溅射原理：在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为Ar气)，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理，以较高的动能脱离靶面飞向基材淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：直流溅射和射频溅射，两者都是将靶面上的溅射区域设计成跑道形状，其中直流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快；而射频溅射的使用范围更为广泛，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电材料，同时还可以进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射，目前常用的有电子回旋共振(ECR)型微波等离子体溅射。

一般磁控溅射金属镀膜靶材的制作方法，包含准备、表面处理、熔铸、热加工及退火等步骤，熔铸是将金属锭按组成比例进行真空熔炼得到合金熔体，并于金属铸模中成型为铸胚的同时，同步利用电弧加热使合金熔体表面维持高温熔融状，最后使合金熔体的整体表面同时冷却，避免由外缘逐渐向中央冷却的情况出现，这样可以有效消除冒孔和缩孔缺陷。结合以上步骤并配合热加工、退火步骤，得到普通的溅镀靶材。

经检索，申请号为200910008925.X的文件公开一种银-金合金靶材的制造方法，制造方法包括将靶材原料置入熔炼炉中加热至熔融；将熔融后的熔汤进行浇铸；将浇铸后所形成的铸锭进行热锻；将热锻后形成的胚体进行冷轧延；将冷轧延后的胚体进行热处理，以获得晶粒细小的银-金合金靶材。这种方法熔铸过程复杂，对于贵重金属来说，该方法制得的靶材贵金属的利用率不高，同时存在因熔铸过程中出现偏差而使镀膜样品成分出现不均匀的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服背景技术中的缺陷，提供一种溅射性能稳定、品质优良的金银镶嵌靶材。还提供了一种利用该镶嵌靶材制备金银合金薄膜的方法。

本发明的技术方案

本发明的金银镶嵌靶材结构示意图见图1，其中带斜线部分代表需要紧密镶嵌金的位置，可以根据需要调整其宽度及大小，达到控制薄膜中各组分含量的目的。具体镶嵌部分的大小是根据Patterson针对A、B两种元素靶材的公式计算出金与银的重量百分比后，通过设计靶材跑道两边长方形金的面积来确定，溅射过程中靶表面成分的变化关系如下：

……….（1）

……….（2）

A₀、B₀分别表示溅射开始前两种元素的靶表面成分；Y_A、Y_B分别表示两种元素的溅射产额，N₀表示靶表面的原子密度，F 表示靶表面的离子的电流密度，t 表示溅射时间。

由（1）、（2）式可知，随着溅射时间 t 的延长，靶表面A、B成分分别趋于常数：

  ……………  （3）

  …………….  （4）

即组成趋于恒定。

溅射薄膜中A、B两种元素的成分分别为A_s =、B_s =，再结合（3）、（4）式可以得到，溅射后合金薄膜中的成分比（A_s/B_s）在达到平衡状态后有：

………………   （5）

即跟溅射开始前靶材的成分比例一致。由式（5）可以看出，当室温下溅射，不考虑靶温度升高引起的合金成分扩散以及基片上合金成分的再蒸发时，可以通过溅射金银镶嵌靶材而获得和靶材成分相同的金银合金薄膜，实现通过改变靶材跑道上金银比的方法调整薄膜成分的目的。

本发明的金银镶嵌靶材，成分以重量百分比表示，其中金10%-30%，银 70%-90%，所述金或银的纯度为99.99%。 

一种金银镶嵌靶材的制备方法为：用纯银靶进行磁控溅射获得溅射跑道，根据金银镶嵌靶材的成分确定在银靶溅射跑道上开设金槽的尺寸并开设金槽，然后对银靶和金槽进行清洗，采用压入方法将金镶嵌到金槽内。