[发明专利]一种铝钪合金靶坯及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铝钪合金靶坯及其制备方法和应用，涉及铝钪合金制备技术领域。本发明提供的铝钪合金靶坯的制备方法，包括以下步骤：将铝源和钪源置于水冷铜坩埚中，抽真空后充入惰性气体，重复进行电弧熔炼，得到熔融合金液；在惰性气体保护下将所述熔融合金液冷凝，得到铝钪合金铸锭；将所述铝钪合金铸锭依次进行电磁搅拌和重复热机械处理，得到铝钪合金靶坯。本发明在真空、惰性气氛下进行电弧熔炼，减小了铝钪合金中的氧含量，重复电弧熔炼、电磁搅拌和重复热机械加工，改善了铝钪合金铸态的组织并修复其缺陷，利用的水冷铜坩埚冷却速度快，减小了铝钪合金中钪的偏析，靶坯晶粒均匀，无偏析，微观组织均匀，致密度高、成膜性能好。

技术领域

本发明涉及靶材制备技术领域，具体涉及一种铝钪合金靶坯及其制备方法和应用。

背景技术

薄膜体声波谐振器(FBAR)和体声波(BAW)谐振器技术是新一代无线射频滤波器、双工器和多工器，在5G移动通讯领域的应用已日益频繁。FBAR基本结构如图1～2所示，是由位于硅衬底上的压电薄膜和上下两层金属薄膜电极构成。FBAR滤波器具有良好的应用前景，可在1-20GHz频段内工作，具有高品质因数(Q因子)、小尺寸、低损耗、优异的温度稳定性和与PMOS管-NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路(CMOS IC)兼容的特点。评价声波谐振器性能的一个指标是机电耦合系数(k_t2)，它表示电极与压电材料之间的能量传递效率；在其他条件相同的情况下，一般认为k_t2较高的声谐振器性能优于k_t2较低的声波谐振器。因此，在高性能无线应用中，如5G和LTE应用中，一般都希望使用k_t2水平较高的声波谐振器。

AlN薄膜因其高声波速度与高Q值常被用做FBAR器件的压电层材料。然而，它的机电耦合系数大约仅为6.5％，该值对于FBAR/BAW滤波器的应用远远不够。声波谐振器的k_t2受压电材料和电极的尺寸、组成、结构性能等因素的影响，这些因素反过来又受到用于制造声波谐振器的材料和制造工艺的影响。目前，改进k_t2的方法主要是在声波谐振器的压电材料中加入钪或其他稀土元素，如钇、铒等。其中，ScAlN薄膜在FBAR/BAW器件的应用前景已经吸引了材料领域的高度重视。ScAlN薄膜一般利用高纯铝靶和高纯钪靶通过反应共溅射沉积制备的，但是该法制备的ScAlN薄膜成分均匀性极差、Kt²变化范围大，严重影响薄膜性能，研究发现以铝钪合金靶坯溅射制备的ScAlN薄膜，能够改善其薄膜成分均匀性、Kt²和薄膜性能。

目前，对于高钪含量的铝钪合金靶坯的制备国内外报道相对较少。中国专利CN106086567A公开了一种高钪含量铝钪合金的制备方法，将铝粉和钪粉按一定配比混合后利用行星球磨机研磨使合金粉末机械合金化，然后再预压和烧结。虽然上述方法制备的高钪含量铝钪合金的致密度高，但是存在微观组织不均匀、钪偏析等缺陷，影响了其成膜性能。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝钪合金靶坯及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法操作简单，而且制备的铝钪合金靶坯的氧含量低、致密度高，成膜性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝钪合金靶坯的制备方法，包括以下步骤：

将铝源和钪源置于水冷铜坩埚中，抽真空后充入惰性气体，重复进行电弧熔炼，得到熔融合金液；

在惰性气体保护下将所述熔融合金液冷凝，得到铝钪合金铸锭；

将所述铝钪合金铸锭依次进行电磁搅拌和重复热机械处理，得到铝钪合金靶坯。

优选的，所述抽真空后的真空度为3×10^-3～4×10^-3Pa；所述电弧熔炼的电流为410～450A，单次电弧熔炼的时间独立地为70～75s。