[發(fā)明專利]一種氮氣反應濺射法制備CoCrTi薄膜的方法

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• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115710687A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉智博;朱杰志;呂圣詩
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州智圣高分子材料科技有限公司
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/18
• 代理公司: 廣東省中源正拓專利代理事務所(普通合伙) 44748
• 代理人: 朱靖華

本發(fā)明涉及一種氮氣反應濺射法制備CoCrTi薄膜的方法，屬于電子薄膜技術領域。本發(fā)明采用Ti?Co?Cr合金為靶材制備薄膜，所制得的CoCrTi薄膜膜層平整，具有較高的反射率，可廣泛適用于軟X射線光學；另外，本發(fā)明采用梯度設計氮氣流量工藝來制備CoCrTi薄膜，使薄膜內(nèi)的元素成分連續(xù)過渡，實現(xiàn)薄膜的物理化學性能和組織結(jié)構(gòu)連續(xù)變化，緩解界面處的應力集中，抑制裂紋的萌生和擴展，提高了薄膜的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明屬于電子薄膜技術領域，具體地，涉及一種氮氣反應濺射法制備CoCrTi薄膜的方法。

背景技術

目前，用于合成薄膜的制備技術很多，大部分的薄膜制備技術都可以用于制備薄膜。其中最常用的制備技術主要有：金屬有機化合物化學氣相沉積法、反應分子束外延法、化學氣相沉積法、等離子體輔助化學氣相沉積法、激光化學氣相沉積和離子注入法等：

(1)金屬有機化合物化學氣相沉積技術，也叫金屬有機氣相外延，該方法是使有機金屬熱分解而進行的氣相外延生長技術。這種技術的優(yōu)點是既可以控制合成薄膜的厚度(達到原子級)，制備出納米材料薄膜，又可以大面積的、均勻的沉積薄膜；另外，可以將污染源降低到最小，使制備的薄膜的純度得到很大程度的提高。高質(zhì)量的外延單晶薄膜通常都是采用該方法制備的，金屬有機化學氣相沉積技術的缺點是設備昂貴，沉積溫度過高，而且對生長過程缺乏實時原位檢測。

(2)反應分子束外延技術，是一種新發(fā)展起來的外延單晶薄膜制備技術。分子束外延方法有一個顯著的優(yōu)點，采用該技術可以生長出厚度極薄的單晶薄膜，對生長過程可以實時原位檢測以達到精確地控制膜厚和組分與摻雜。除金屬有機化學氣相沉積技術外，分子束外延技術也經(jīng)常用來制備高質(zhì)量的外延單晶薄膜。分子束外延方法生長單晶薄膜的缺點是生長速率過低。

(3)化學氣相沉積技術，是一種常用的薄膜制備技術，制備的薄膜致密、純度較高以及結(jié)晶定向較好。化學氣相沉積法的主要缺點是對襯底的溫度要求很高，沉積速率較低，反應氣體源和反應過后的尾氣都有一定的毒性。因此化學氣相沉積技術的應用受到很大限制，不如磁控反應濺射鍍膜那樣廣泛。

(4)等離子體輔助化學氣相沉積技術，采用等離子體輔助化學氣相沉積薄膜可以大大降低襯底的溫度。采用等離子體輔助化學氣相沉積方法可以在較低的襯底溫度下沉積，而且沉積速率較快、針孔少，避免了基體的熱損傷并降低了基體的熱擴散，提高了薄膜的質(zhì)量。

(5)激光化學氣相沉積技術，是在化學氣相沉積的基礎上加以改進的，利用激光作為輔助激發(fā)手段，促進化學氣相沉積過程，而進行的一種薄膜沉積技術。高能量的光子可以直接促進氣體分子分解出活性的化學基團，可以有效地降低了普通化學氣相沉積過程中所要求的襯底溫度。

(6)脈沖激光沉積技術，當聚集的高能量密度激光脈沖射擊靶材表面時，靶材表面原子被脈沖前部能量迅速氣化剝離，吸收脈沖后部能量的靶材氣體被等離子體化而迅速沖向襯底在基體表面沉積。該技術的缺點是在制備薄膜過程中由于氣化膨脹產(chǎn)生的反沖力大，使一些熔融的靶材液滴濺射沉積在襯底，降低了薄膜的質(zhì)量。

(7)離子注入技術，用大量的離子注入到襯底表面而成膜的技術稱為離子注入成膜技術。當注入的氮氣體離子濃度接近鋁基片物質(zhì)的原子密度時，在受到鋁基片物質(zhì)本身固溶度的限制下，過剩的鋁原子將析出，這時注入的氮離子與基片表面的鋁原子發(fā)生化學反應從而形成薄膜。

(8)濺射法制備薄膜時，將活性氣體(反應氣體)引入到濺射氣體中并使之在真空腔內(nèi)達到一定分壓，此時活性氣體會和靶材發(fā)生反應并形成化合物，以此來控制生成薄膜的成分并改變薄膜的性能，這種方法稱為反應濺射鍍膜。近年來反應濺射被越來越多的應用于制備氧化物、氮化物等化合物薄膜，反應濺射沉積技術具有以下特點：

(1)在反應濺射中，使用的金屬和氣體都是高純的，因此可以制備高純的薄膜；

(2)在反應濺射中，通過改變工藝參數(shù)，可以調(diào)節(jié)薄膜組分，制備出具有不同價態(tài)的化合物薄膜，從而優(yōu)化薄膜的性能；