[發明專利]一種TiNi基形狀記憶合金多層薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310218960.0
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103305801A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 佟運祥;鄭玉峰;李莉;陳楓;劉珺婷;胡茜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/54;B32B15/01
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技術領域

本發明涉及的是一種記憶合金多層薄膜。本發明也涉及一種記憶合金多層薄膜的制備方法。

背景技術

微機電系統(microelectro?mechanical?system,MEMS)是自20世紀80年代國際上興起的一種前沿性高科技，其具有高度集成化、微型化、智能化等突出特點，在電子、通信、計算機、生物醫學等領域表現出極大的應用前景。TiNi基形狀記憶合金薄膜在MEMS領域表現出廣闊的應用前景。其應用主要有兩類：一類是利用TiNi基合金優異的阻尼性能制備微傳感器用的阻尼減震部件，另一類是利用其形狀記憶效應制備微驅動元件。

作為MEMS最重要的組成部分之一，微傳感器通常用于測量載體的速度、加速度與溫度等重要參數。在使用中，當承受極端的機械振動時，微傳感器易于產生較大的偏差，甚至于失效，從而影響整個器件的工作。現有的各類阻尼措施，例如熱彈性阻尼、空氣阻尼、壓膜阻、主動約束層阻尼與粘滯吸能等，只能夠提供微弱的減振效果，并且與MEMS工藝不兼容。因此，TiNi基形狀記憶合金薄膜由于具有優異的阻尼性能以及與現有MEMS工藝良好的兼容性而進入了研究者的視野。TiNi合金在相變過程中表現出遠高于馬氏體相狀態或母相狀態的阻尼特性，因此，用于阻尼目的的最佳材料是處于相變區間中的合金。然而，對于熱誘發馬氏體相變而言，典型的相變溫區(或相變區間，Ms-Mf)約為20℃左右，這極大地限制了合金的阻尼應用。

此外，與其他微驅動器材料相比較，TiNi基合金薄膜具有較大的驅動應變和輸出力，因此在微驅動領域中表現出較大的應用前景。目前研究者已經基于TiNi基合金薄膜開發了各種不同的微驅動器，例如已經成功獲得商業應用的微閥門。然而受制于均質TiNi合金薄膜較小的相變區間，微驅動器的可控性較差。

添加第三組元是一種調控TiNi合金相變溫度的有效手段，例如添加Fe、Al、Cr、V等元素可以降低合金的相變溫度，而添加Zr、Hf、Pt、Pd、Au等元素則可以升高合金的相變溫度。眾所周知，濺射是制備TiNi基合金薄膜的適當方法之一。通過控制靶材的成分，可以較方便地制備成分沿厚度方向變化的TiNi基合金多層膜，從而增大TiNi基合金多層膜的相變區間，獲得兼具寬相變區間、高阻尼特性與良好可控性的TiNi基合金多層膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種相變溫度區間大，可控性好，阻尼特性高的TiNi基形狀記憶合金多層薄膜。本發明的目的還在于提供一種可以直接得到處于晶態的多層膜，避免后續退火處理所引起的原子擴散和成分均勻化的TiNi基形狀記憶合金多層薄膜的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的TiNi基形狀記憶合金多層薄膜是由TiNiFe層、TiNi層和TiNiHf層按周期排列的多層膜。

本發明的TiNi基形狀記憶合金多層薄膜的制備方法為：

（1）、以TiNiFe材料、TiNi材料與TiNiHf材料作為濺射靶材，其中TiNiFe材料成分為Ti的原子個數比為48～51%、Fe的原子個數比為1～3％、其余為Ni，TiNi材料成分為Ti的原子個數比為49～52％、其余為Ni，TiNiHf材料成分為Ni的原子個數比為48～51%、Hf原子個數比為6～15％、其余為Ni，將三種靶材分別安裝在磁控濺射設備相應的靶位上；

（2）、將襯底置于真空室樣品臺上，抽真空至1×10^-4～1×10^-5Pa，充入氬氣至真空度為0.1～0.5Pa，將樣品臺加熱至250～450℃，在濺射功率為200～600W，靶材與襯底間距為60～200mm的條件下濺射沉積TiNiFe薄膜；

（3）、關閉TiNiFe材料靶位的電源；

（4）、開啟TiNi材料靶位的電源，以與步驟（2）相同的參數濺射沉積TiNi薄膜；

（5）、關閉TiNi材料靶位的電源；

（6）、開啟TiNiHf材料靶位的電源，以與步驟（2）相同的參數濺射沉積TiNiHf薄膜，得到TiNiFe/TiNi/TiNiHf三層膜；

（7）、重復步驟（2）～（6），得到TiNiFe/TiNi/TiNiHf多層膜。

本發明的TiNi基形狀記憶合金多層薄膜的制備方法還可以包括：

1、濺射沉積過程中樣品臺保持以20～30rpm的速度旋轉。

2、所述的TiNiFe材料、TiNi材料與TiNiHf材料分別為TiNiFe合金、TiNi合金與TiNiHf合金。