[发明专利]一种Cu-NbMoTaW合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Cu‑NbMoTaW合金及其制备方法，Cu‑NbMoTaW合金由以下成分组成，Nb、Mo、Ta和W四种元素的含量相等，NbMoTaW(高熵合金，HEA)总原子百分比为1.9～22.1，其余为Cu。具体步骤如下：步骤1：首先对硅基体表面进行超声清洗并烘干；步骤2：将基盘送入磁控溅射镀膜室抽真空；步骤3：采用直流+射频电源共溅射制备Cu‑NbMoTaW合金；步骤4：待样品在真空室充分冷却后退出。本发明能够避免材料中合金元素分布不均匀的出现，所得合金为纳米孪晶材料，且孪晶片层尺寸细小，有效改善了合金材料的综合力学性能。

技术领域

本发明属于金属结构材料领域，具体一种Cu-NbMoTaW合金及其制备方法。

背景技术

微器件是以微电子半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台。微型机电体系集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体，是基于日新月异的先进制造手段发展起来的一门交叉学科，在航空航天、能源、医疗、通信、信息等军、民用领域得到全方位的应用，产品的共同特征是，其所用材料的特征尺寸逐渐由微米减至亚微米量级甚至到纳米量级，即处于介观尺度范畴，微纳器件的力学变形通常不稳定，容易发生突然失效。因此，为了确保微电子元器件的稳定正常服役，设计具有优异力学性能的纳米金属材料具有重要的应用价值和意义。

Cu由于具有较高的抗电迁移性能和良好的导热导电稳定性，作为互连线材料在微电子产业中被广泛应用。但其机械强度较低，在互连线制造过程中容易被刮伤，造成表面损坏，从而加速微纳器件的损坏。因此，针对提高微纳电子元器件的小尺寸材料机械强度和变形稳定性问题，亟待简单快捷的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供种Cu-NbMoTaW合金及其制备方法，所制备的合金材料具有均匀的微观组织和优异的机械强度，有效改善材料的服役寿命。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Cu-NbMoTaW合金，所述Cu-NbMoTaW中原子百分比为：Nb、Mo、Ta和W四种元素的含量相同，四种元素总占百分比为1.9～22.1，其余为Cu；所述Cu-NbMoTaW合金的晶粒为柱状纳米晶。

优选的，所述柱状纳米晶中含有纳米孪晶，纳米孪晶的百分比不超过65％。

优选的，所述NbMoTaW的原子总百分比为22.1％。

优选的，所述Cu-NbMoTaW合金的纳米压痕硬度为3.27GPa～5.95GPa。

本发明还提供上述Cu-NbMoTaW合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、对基体表面进行清洗烘干；

步骤2、将基体送入磁控溅射镀膜室，然后抽真空；

步骤3、采用磁控溅射共溅射方法在基体上制备Cu-NbMoTaW合金；

步骤4、将步骤3得到的基体进行真空冷却，得到Cu-NbMoTaW合金。

优选的，步骤1中所述清洗烘干处理的方法具体如下；

将抛光的基体依次在丙酮和酒精中超声清洗10min，然后烘干，抛光面的粗糙度小于0.8nm。

优选的，步骤2中所述抽真空至背底真空度小于4.0×10^-4Pa。

优选的，步骤3中所述磁控溅射共溅射方法为，Cu靶采用直流电源进行溅射，NbMoTaW靶采用射频电源进行溅射。

优选的，Cu靶纯度99.99wt％，直流电源功率200W，NbMoTaW靶纯度99.97wt％、射频电源功率20～250W，沉积气压0.5Pa，沉积温度为室温，基盘转速15r/min，沉积时间5000s。