[發明專利]一種透明導電WC薄膜及其室溫生長方法

有效

• 申請號: 201711433026.5
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108182987B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 呂建國;胡睿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B1/02;H01B13/00;C23C14/35
• 代理公司: 33231 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 梁群蘭<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種透明導電WC薄膜，該WC薄膜的基體為非晶態，在非晶態基體中無序分布著高密度的結晶態的WC微晶，WC微晶尺寸約5nm，為六方相結構；WC薄膜可見光透射率高達85%，電阻率低至4.7×10^–3Ωcm；WC薄膜中的W:C的原子百分比為53.1:46.9；透明導電WC薄膜的顯微硬度為21GPa。本發明還公開了該WC薄膜的制備方法：采用射頻磁控濺射方法，以WC合金為靶材，Ar?CH₄為工作氣體；當反應室抽至本底真空度高于1×10^–4Pa后，通入Ar?CH₄混合氣體，WC薄膜在Ar和CH₄的等離子體氣氛中室溫生長；在沉積過程中采用汞燈照射襯底，汞燈的波長為185 nm和254 nm。通過等離子體增強和紫外增強的雙重作用，提高室溫生長WC薄膜的結晶質量。

技術領域

本發明屬于碳化物半導體技術領域，尤其涉及一種透明導電WC準晶態薄膜及其室溫生長方法。

背景技術

碳化鎢（WC）是一種典型的硬質合金材料，為簡單六方結構，六方WC直到3049K的溫度下都是穩定的。WC具有非常優異的物理和化學性能，如高硬度，高耐磨，熱穩定性和化學穩定性好，抗氧化性好，熱膨脹系數低，彈性模量高，具有一定程度的塑性，并且WC被大多數粘結相浸潤的性能優于其它碳化物，且比其它碳化物韌性好。此外，WC還具有高導熱性和高導電性，有利于切削應用。鑒于上述優點，WC作為一種硬質耐磨涂層，廣泛應用于國防軍工、航空航天、冶金、石化、電力、交通運輸、水利、海洋開發等軍事和民用工業領域，成為解決重要零部件耐磨耐蝕與防護的關鍵技術。目前，WC硬質合金涂層的主流制備技術是熱噴涂方法，包括：等離子體噴涂、火焰噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂和超音速噴涂等。

WC除了作為硬質合金應用外，它還是一種微電子材料，可在微電子領域有廣闊的應用前景，如作為微電子器件的擴散阻擋層、透明導電薄膜等。WC薄膜有晶態和非晶態兩種，晶態WC具有更好的導熱和導電特性，非晶態WC可具有更高的表面平整度和均勻性，二者各具優勢，在微電子領域均有較廣闊的應用前景。目前，人們對WC的研究和開發主要集中于硬質合金領域，而對WC在微電子和光電子領域的研究很少。

在微電子和光電子領域，物理氣相沉積（PVD）是一類廣泛應用的生長技術，其中比較典型的是磁控濺射。采用磁控濺射制備WC薄膜，通常，在600℃以上可生長出晶態WC薄膜，低于600℃一般得到的是非晶WC薄膜，室溫下生長的為高阻非晶WC薄膜。若能在室溫條件下制備出具有優良光電性能的WC薄膜，不僅可以減少工藝過程，節約生長時間和能耗，而且可以拓展WC薄膜的應用領域，如適用于有機聚合物柔性基板等。

基于WC薄膜的研發現狀，我們提出一種室溫條件下生長WC薄膜的方法，采用磁控濺射方法，制備出在非晶基體上分布有微晶的WC薄膜，不僅具有高表面平整度，而且具有良好的透明導電特性，同時具有硬質合金的特性，還可形成柔性WC薄膜，可在微電子和光電子領域獲得廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是為了拓展WC材料應用領域，提供一種透明導電WC薄膜及其室溫生長方法。

本發明提供了一種透明導電WC薄膜，該WC薄膜的基體為非晶態，在非晶態基體中無序分布著高密度的結晶態的WC微晶，WC微晶尺寸約5nm，為六方相結構；WC薄膜可見光透射率高達85%，電阻率低至4.7×10^–3Ωcm；WC薄膜中的W:C的原子百分比為53.1:46.9；透明導電WC薄膜的顯微硬度為21GPa。