[发明专利]一种铝钪合金溅射靶的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铝钪合金溅射靶的制备方法及应用，Sc的含量为8at％～53at％，致密度99％，Al、Sc元素的质量百分数之和99.9％，氧含量50ppm，适合用于形成压电性材料薄膜的溅射。根据Sc含量的不同对工艺进行调整，操作简单，氧含量低，致密度高，成分均匀无偏析现象。

技术领域

本发明涉及一种铝钪合金溅射靶的制备方法及应用。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，声表面波(SAW)器件的应用频率日益提高。采用压电薄膜和高声速衬底材料相结合，在工艺相当的情况下可制备出更高频率的SAW器件。AlN薄膜不仅具有高声速，宽禁带宽度，高硬度，高温度稳定性，高电阻率和低插入损耗等特性，还具有可与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的特点，因而在SAW器件中获得广泛应用。

与ZnO和PZT薄膜相比，AlN的压电常数(d₃₃)和机电耦合系数偏低，这限制了AlN薄膜在SAW器件中的应用。研究表明，Sc掺杂的AlN薄膜具有较高的压电响应。M.Akiyama率先利用AlSc双靶材共溅射法制备了掺钪氮化铝薄膜(Sc_xAl_1-xN)，发现掺入Sc元素的摩尔分数达43％时，薄膜的d₃₃高达27.6pC/N，与未掺杂A1N薄膜相比，压电性能提高了400％。研究证明，Sc元素的掺入对于A1N薄膜的d₃₃和机电耦合系数有很大提升。

铝钪合金靶的钪含量、微观组织是影响ScAlN压电体薄膜的性能的重要因素；由于金属钪熔点1541℃，与铝的熔点660℃相差较大，常用的中频感应熔铸法制备的铝钪合金铸锭存在偏析严重，Sc含量不高(低于5％)的问题。中国专利说明书CN201711308051.0、CN201510185516.2、CN201610677045.1公开了使用粉末冶金的制备Al-Sc合金靶的方法，可制备高Sc含量的靶材，但粉末冶金法存在氧含量高、致密度偏低的问题，影响靶材的使用效果。中国专利说明书CN201811144477.1公开了一种通过冷坩埚悬浮熔炼结合变频电磁搅拌制备的铝钪合金靶材的制备方法，此方法由于坩埚底部为整体结构,不会形成排斥熔体的劳伦兹力，熔体在底部与坩埚接触损失大量热量,形成较厚的凝壳，在熔炼过程中比重较大的Al₃Sc等合金粒子容易在底部凝结，造成浇铸的合金锭成分偏低，同时浇铸时坩埚中残留有较多原料，造成较大的损失。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝钪合金溅射靶的制备方法，以获得氧含量低、致密度高、成分均匀的铝钪合金溅射靶；本发明的目的之二在于提供铝钪合金溅射靶在制备压电性材料薄膜中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种铝钪合金溅射靶的制备方法，所述铝钪合金溅射靶中Sc的含量为8at％～53at％，致密度99％，Al、Sc元素的质量百分数之和99.9％，余量为杂质元素；所述铝钪合金溅射靶中氧含量50ppm；包括如下步骤：

S1、将Sc金属原料和Al金属原料按配比加入到真空熔炼炉中，熔炼，然后浇铸，获得铸锭；

S2、对S1获得的铸锭依次进行锻造处理、热等静压处理后，根据目标铝钪合金溅射靶的形状及尺寸进行机械加工，获得铝钪合金溅射靶成品；

其中，当Sc15at％时，熔炼温度为1200℃～1250℃，锻造温度为500℃～660℃，热等静压温度为600℃～650℃；当15at％≤Sc25at％时，熔炼温度为1250℃～1300℃，锻造温度为950℃～1100℃，热等静压温度为1100℃～1150℃；当25at％≤Sc33at％时，熔炼温度为1350℃～1450℃，锻造温度为1100℃～1200℃，热等静压温度为1150℃～1200℃；当33at％≤Sc≤53at％时，熔炼温度为1300℃～1400℃，锻造温度为1100℃～1150℃，热等静压温度为1050℃～1100℃。