[发明专利]一种掺杂的氮化铝钪靶材及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺杂的氮化铝钪靶材及其制备方法和应用，将氮化铝粉末、氮化钪粉末和R源粉末混合，获得混合料，混匀料制坯、均温处理获得坯料，坯料后处理，即得氮化铝钪靶材，所述R源粉末中的R选自选自除钪以外的16种稀土元素中的一种；所述混匀料中，R的原子百分比为0.01～10％；所述R源选自金属R或选自金属R和R的氮化物粉末。所述制备方法，通过在原料中引入稀土和/或稀土氮化物，采用粉末冶金成型的方法，利用稀土和稀土氮化物的协调变形作用，有利于氮化铝钪在高温状态下变形和致密化，最终实现制备得到高致密化的氮化铝钪靶材。氮化铝钪靶材作为溅射靶材制备压电薄膜，成膜质量高，薄膜性能稳定。

技术领域

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

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，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。通过氮化铝钪靶材可直接溅射沉积在基材表面结晶形成一层氮化铝钪功能薄膜。但是氮化铝和氮化钪均为高温陶瓷，易脆难成型，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

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种掺杂的氮化铝钪靶材的制备方法。所述制备方法，通过在原料中引入稀土氮化物，采用粉末冶金成型的方法，利用这种氮化物的协调变形作用，有利于氮化铝钪在高温状态下变形和致密化，最终实现制备得到高致密化的氮化铝钪靶材。

本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的掺杂的氮化铝钪靶材。

本发明的第三个目的在于提供上述制备方法所制备的掺杂的氮化铝钪靶材的应用。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种掺杂的氮化铝钪靶材的制备方法，包括如下步骤：

将氮化铝粉末、氮化钪粉末和R源粉末混合，获得混匀料，混匀料制坯、均温处理获得坯料，坯料后处理，即得氮化铝钪靶材，所述R源粉末中的R选自除钪以外的16种稀土元素中的一种；所述混匀料中，R的原子百分比为0.01～10％；所述R源选自金属R或选自金属R和R的氮化物粉末。

在本发明中，氮化铝钪靶材的制备过程中，引入R源，发明人发现在烧结过程中，金属R(掺杂的稀土元素)的熔点低于氮化物的熔点，R在烧结时可改善各组分间相互接触关系，起到粘结作用；烧结时受力变形状态下，含R的组元为软相，可协调各相间的变形，起到润滑作用。而稀土氮化物，同样具有协调变形作用，有利于氮化铝钪在高温状态下变形和致密化，最终实现制备得到高致密化的氮化铝钪靶材。

优选的方案，所述R源选自金属R和R的氮化物粉末。发明人发现，当同时掺入金属R和R的氮化物粉末时，最终所得氮化铝钪靶材，溅射成膜后成膜质量最高，良品率≥99％。

优选的方案，所述氮化铝粉末、氮化钪粉末、R源粉末纯度不低于99.95％。

在实际操作过程中，氮化铝粉末、氮化钪粉末、金属R粉末、R的氮化物粉末先进行除氧除杂处理，其中除氧除杂处理选自用酸性活化液进行表面活化处理、用碱性活化液进行表面活化处理中的至少一种，表面活化后用洒精清洗并晾干，以便降低原材料的杂质含量。

优选的方案，所述混匀料中，R的原子百分比为0.1～2％。将R的原子百分比控制在该优选范围，所制备的氮化铝钪靶材性能最优。

优选的方案，所述R源粉末中的R选自镧或铈。

优选的方案，所述混匀料中，钪的原子百分比为2～30％，优选为10～20％。

优选的方案，所述混匀料中，氮的原子百分比为45～50％。