[發明專利]一種Cu-NbMoTaW合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910458458.4
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110144484B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張金鈺;趙建拓;王亞強;吳凱;劉剛;孫軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C23C14/14;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種Cu?NbMoTaW合金及其制備方法，Cu?NbMoTaW合金由以下成分組成，Nb、Mo、Ta和W四種元素的含量相等，NbMoTaW(高熵合金，HEA)總原子百分比為1.9～22.1，其余為Cu。具體步驟如下：步驟1：首先對硅基體表面進行超聲清洗并烘干；步驟2：將基盤送入磁控濺射鍍膜室抽真空；步驟3：采用直流+射頻電源共濺射制備Cu?NbMoTaW合金；步驟4：待樣品在真空室充分冷卻后退出。本發明能夠避免材料中合金元素分布不均勻的出現，所得合金為納米孿晶材料，且孿晶片層尺寸細小，有效改善了合金材料的綜合力學性能。

技術領域

本發明屬于金屬結構材料領域，具體一種Cu-NbMoTaW合金及其制備方法。

背景技術

微器件是以微電子半導體制造技術為基礎發展起來的一種先進的制造技術平臺。微型機電體系集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體，是基于日新月異的先進制造手段發展起來的一門交叉學科，在航空航天、能源、醫療、通信、信息等軍、民用領域得到全方位的應用，產品的共同特征是，其所用材料的特征尺寸逐漸由微米減至亞微米量級甚至到納米量級，即處于介觀尺度范疇，微納器件的力學變形通常不穩定，容易發生突然失效。因此，為了確保微電子元器件的穩定正常服役，設計具有優異力學性能的納米金屬材料具有重要的應用價值和意義。

Cu由于具有較高的抗電遷移性能和良好的導熱導電穩定性，作為互連線材料在微電子產業中被廣泛應用。但其機械強度較低，在互連線制造過程中容易被刮傷，造成表面損壞，從而加速微納器件的損壞。因此，針對提高微納電子元器件的小尺寸材料機械強度和變形穩定性問題，亟待簡單快捷的解決方案。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供種Cu-NbMoTaW合金及其制備方法，所制備的合金材料具有均勻的微觀組織和優異的機械強度，有效改善材料的服役壽命。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種Cu-NbMoTaW合金，所述Cu-NbMoTaW中原子百分比為：Nb、Mo、Ta和W四種元素的含量相同，四種元素總占百分比為1.9～22.1，其余為Cu；所述Cu-NbMoTaW合金的晶粒為柱狀納米晶。

優選的，所述柱狀納米晶中含有納米孿晶，納米孿晶的百分比不超過65％。

優選的，所述NbMoTaW的原子總百分比為22.1％。

優選的，所述Cu-NbMoTaW合金的納米壓痕硬度為3.27GPa～5.95GPa。

本發明還提供上述Cu-NbMoTaW合金的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、對基體表面進行清洗烘干；

步驟2、將基體送入磁控濺射鍍膜室，然后抽真空；

步驟3、采用磁控濺射共濺射方法在基體上制備Cu-NbMoTaW合金；

步驟4、將步驟3得到的基體進行真空冷卻，得到Cu-NbMoTaW合金。

優選的，步驟1中所述清洗烘干處理的方法具體如下；

將拋光的基體依次在丙酮和酒精中超聲清洗10min，然后烘干，拋光面的粗糙度小于0.8nm。

優選的，步驟2中所述抽真空至背底真空度小于4.0×10^-4Pa。

優選的，步驟3中所述磁控濺射共濺射方法為，Cu靶采用直流電源進行濺射，NbMoTaW靶采用射頻電源進行濺射。

優選的，Cu靶純度99.99wt％，直流電源功率200W，NbMoTaW靶純度99.97wt％、射頻電源功率20～250W，沉積氣壓0.5Pa，沉積溫度為室溫，基盤轉速15r/min，沉積時間5000s。