CN102994953A - 一种在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法，首先采用磁控溅射法在Si（100）基底上制备Cu/Ti/Si薄膜，然后采用快速热处理设备在氩气氛围内对样品进行快速退火，退火温度大于600℃，保温一定时间后，随炉冷却，得到枝晶图案。

Description

一种在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，涉及纳米材料的制备，具体涉及到Cu/Ti薄膜枝晶图案的制备方法。
背景技术
随着表征技术的发展，现已证明薄膜生长的随机过程存在着自相似性，因而其生长也具有分形特征。在非平衡条件下，如团聚和电沉积过程中，会有复杂的枝晶图案生成。枝晶结构也是分形结构的一种。Cu和Cu的化合物，采用一定的制备方法，也能够产生枝晶图案，例如，Cu在水热法中能形成类似灌木丛的枝晶图案，Cu和S在水浴中通过反应能够形成花状的枝晶图案等。
作为典型的金属材料，Cu/Ti薄膜系统引起了广泛的研究。在一定的退火条件下，Cu/Ti薄膜系统会发生多种物理和化学现象，如Cu与Ti能发生固溶，Cu与Ti发生固相反应生成金属间化合物，Cu会发生团聚产生岛状颗粒等。但是，对于在退火条件下Cu/Ti薄膜表面产生枝晶图案的现象，现在还未见报道。
发明内容
本发明提供了一种在退火条件下在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
制备Cu/Ti/Si薄膜：室温下，在Si（100）基底上采用磁控溅射法依照次序连续溅射Ti膜和Cu膜，制备Cu/Ti/Si薄膜；
快速退火：采用快速热处理设备在氩气氛围内对Cu/Ti/Si薄膜进行快速退火，退火温度大于600℃，退火升温时间不大于10分钟，退火后随炉冷却至室温，得到枝晶图案。
所述退火的保温时间不小于2分钟。
本发明的有益效果体现在：
本发明首先采用磁控溅射在基底上连续溅射Ti膜和Cu膜得到Cu/Ti/Si薄膜，然后对Cu/Ti/Si薄膜进行快速退火，最终在薄膜表面生成了枝晶图案。所得的枝晶图案具有一定的取向性，其定向生长的分枝呈线状，能够为定向生长纳米线提供一个新的思路；定向生长的分枝能够为电子、光的传播提供通道，可作为制备微电子联接导线、光波导元器件的方法。
附图说明
图1为800℃退火条件下，具有枝晶图案的Cu/Ti膜的XRD图；
图2为Cu/Ti薄膜枝晶图案的扫描电子显微镜（SEM）图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
一种Cu/Ti薄膜表面枝晶图案的制备工艺，具体步骤如下：
硅片清洗：采用单面抛光（100）硅片作为基底，溅射前，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗十五分钟，然后烘干半小时。
溅射：采用美国Denton Vacuum公司生产的Explorer14溅射机制备Cu/Ti薄膜；将Cu靶材和Ti靶材分别安装在两个直流溅射靶枪上，两个靶材的纯度均为99.999%。溅射前将清洗干净的硅片放入溅射腔内，抽真空至2×10-5Pa。采用连续溅射方式，先在硅片上溅射Ti膜，然后再溅射Cu膜，Cu和Ti的溅射功率分别为99w和105W，溅射速率分别为0.4nm/s和0.12nm/s。控制溅射时间，制备90nmCu/20nmTi/Si薄膜（样品）。
快速退火：采用RTP-500型快速热处理设备在氩气氛围内对样品进行快速退火。退火温度为800℃，退火升温时间为60s，保温时间为30分钟，然后随炉冷却。
退火温度的上限以不融化样品为准。退火温度小于600℃时，不会产生枝晶图案。
枝晶图案产生的主要原理为：Cu与Ti反应产生金属间化合物Cu3Ti，Cu3Ti在薄膜表面定向分布形成枝晶图案。退火保温时间过短，则不会产生枝晶图案，因为Cu与Ti之间反应生成的Cu3Ti化合物的数量少，不足于在表面形成枝晶图案。
参见图1，在800℃退火温度下，样品的XRD图上未见Ti的衍射峰，说明Ti呈非晶态；Ti同基底Si反应，生成TiSi，出现了Cu（111）和Cu（200）的衍射峰，对比二者的强度，可以得到Cu呈（111）择优生长；Cu与Ti反应生成了Cu3Ti化合物，且其衍射峰强度最强，含量最高；此外，Cu还能穿过Ti与基底Si形成Cu3Si化合物。
本实施例在Cu/Ti薄膜表面制备得到的枝晶图案参见图2。
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法，其特征在于：包括以下步骤：
制备Cu/Ti/Si薄膜：室温下，在Si基底上采用磁控溅射法依照次序连续溅射Ti膜和Cu膜，制备Cu/Ti/Si薄膜；
快速退火：采用快速热处理设备在氩气氛围内对Cu/Ti/Si薄膜进行退火，退火温度大于600℃，退火升温时间不大于10分钟，退火后随炉冷却至室温，得到枝晶图案。
2.根据权利要求1所述一种在Cu/Ti薄膜表面生成枝晶图案的方法，其特征在于：所述退火的保温时间为不小于2分钟。
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