[发明专利]一种氮化铝钪靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝钪靶材及其制备方法，包括氮化铝、氮化钪、氮化铝钪和单质钪中至少两种组元，其中钪的原子百分比为5～40％，铝的原子百分比为20～50％，余量为氮；所述氮化铝钪靶材的平面尺寸不低于1×10³mm²，杂质氧含量小于600ppm，其它杂质含量总和小于500ppm，相对密度大于98％，平均晶粒尺寸小于100μm。本发明通过配料、制坯、均温处理和后处理的工艺流程，并结合添加剂的作用，氮化铝和氮化钪可有效烧结，成为致密的氮化铝钪烧结体，最终得到氧含量低、成分均匀和致密性高的氮化铝钪靶材。

技术领域

本发明属于半导体用溅射靶材制备技术领域，具体涉及一种氮化铝钪靶材及其制备方法。

背景技术

氮化铝钪是一种良好的压电薄膜材料，是制备高频、高功率及高集成化声波器件的理想材料，其压电系数和机电耦合系数高，压电薄膜材料的性能。目前氮化铝钪功能薄膜及其制备方法是国内外争相研究的热点，通过研究取得了有益成果。这种氮化铝钪功能薄膜的制备基本都是采用反应溅射的方式，以铝钪金属靶材或铝金属靶材与钪金属靶材为溅射镀膜原料，在含氮气的反应气体中溅射沉积，在基材表面结晶形成一层氮化铝钪功能薄膜。这种方式制备条件较难控制，易出现靶材中毒现象、薄膜成分和形态不均匀、可能会出现部分非晶态、薄膜质量难以控制等问题，从而产生成本增加、生产效率降低、薄膜性能不高等诸多不利因素。有研究表明通过氮化铝钪靶材直接溅射成膜的可改善诸多不利因素，使得成膜质量提高。但是氮化铝和氮化钪均为高温陶瓷，采用常规的粉末冶金方法难以制备得到高致密性的氮化铝钪靶材。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是在于提供一种氮化铝钪靶材及其制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮化铝钪靶材，包括氮化铝、氮化钪、氮化铝钪和单质钪中至少两种组元，其中钪的原子百分比为5～40％，铝的原子百分比为20～50％，余量为氮；所述氮化铝钪靶材的平面尺寸不低于1×10³mm²，杂质氧含量小于600ppm，其它杂质含量总和小于500ppm，相对密度大于98％，平均晶粒尺寸小于100μm。

本发明还提供了上述氮化铝钪靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按设定原子比，将氮化铝粉末、氮化钪粉末和添加剂X进行配料得混合料，所述添加剂X为高纯金属钪和氢化钪中的至少一种；

(2)制坯

将混合料预压成型，升温至1000～1650℃保压，冷却得到坯料；

(3)均温处理

将坯料进行均温处理后冷却；

(4)后处理

均温处理后的坯料经退火并机械加工制成靶材。

优选的，步骤(1)中，所述氮化铝粉末、氮化钪粉末和添加剂X均先经过除氧除杂处理，采用弱酸或弱碱活化液进行活化并用酒精清洗后晾干，以便降低原材料的杂质含量，其中氮化铝粉末、氮化钪粉末、高纯金属钪粉和氢化钪粉的纯度均不低于99.95％。

优选的，步骤(1)中，所述添加剂X配重占混合料总重量的百分比为0.1～20％，进一步优选为0.5～10％。

优选的，步骤(1)中，所述添加剂X为高纯金属钪和氢化钪的混合物，高纯金属钪和氢化钪的质量比为0.2～5：1，进一步优选为0.5～2：1。