CN104962871A - 一种高导电性铝合金薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导电性铝合金薄膜及其制备方法，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7～2.1μΩ·cm，采用纳米晶铝合金薄膜的制备、纳米晶铝合金薄膜的热处理两个步骤制备得到高导电性铝合金薄膜。与现有技术相比，本发明通过引入合金元素Sn,采用较为相对简单的加工工艺以及廉价的合金元素，极大的提升了铝合金薄膜的导电性能，可以广泛应用于半导体连接件、液晶显示等方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金薄膜及其制备方法，尤其是涉及一种高导电性铝合金薄膜及其制备方法。
背景技术
高导电性铝合金薄膜在液晶及LED显示、半导体集成电路、电子移动终端设备等各个行业获得的广泛应用。相较于铜基体组成的薄膜，铝薄膜不仅具有优良的导电性能，且表面形成的氧化物钝化膜对于电路起到了很好的保护作用。然而，为了提升其热稳定性并改善表面质量，往往需要添加多种合金元素，这些合金元素又使得薄膜的导电性能下降。虽然添加某些稀土元素能够有效的避免这一问题，但是这些稀土元素的提纯较为困难，使得其使用成本较高。因此，开发更为廉价，且有良好导电性能的铝薄膜具有重要的现实意义和应用价值。
如专利US6387536 B1，通过添加Y和Hf制备出适用于半导体电极的的铝合金薄膜，但其电阻率仍然为6μΩcm,且Hf的原料价格十分高昂。专利EP 0420594A2中介绍了用水化烷基铝通过CVD方法制备出适用用电子链接器件的Al-Si合金薄膜，但需要采用具有毒性的化学物质外，得到的薄膜电阻率高达3.0-6.0μΩcm。专利US 8422207 B2通过采用溅射加退火的方法，从而得到适用于显示器件的Al-合金薄膜。其包含较为昂贵的稀土元素及贵金属元素，且电阻率约为7.0μΩcm。所以虽然关于制备具有高导电性的铝合金薄膜已经取得了一定进展，但薄膜的电阻率始终较高，主要原因在于合金元素、薄膜表面、晶粒晶界的作用对于合金中载流子的移动性具有较大影响。开发出廉价且导电性能良好的导电薄膜，具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提升了铝合金薄膜导电性能的高导电性铝合金薄膜及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7～2.1μΩ·cm。
铝合金薄膜中Sn的质量百分比含量为2％-5％。
铝合金薄膜中X的质量百分比含量为2％-15％。
高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤：
(1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn 2％～5％的Al-Sn-X靶材，在30～50W功率下通过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为0.45-1.2Pa，溅射时靶材与基体之间的间距为6-10cm.溅射时间为5-6min，得到纳米晶铝合金薄膜；
(2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤(1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处理，控制热处理的温度为400～550℃，时间应为0.5～1小时，完成后即得到高导电性铝合金薄膜。
步骤(1)得到的纳米晶铝合金薄膜中晶粒尺寸为10～30nm。
步骤(2)在热处理时最短的热处理保温时间按2.3min×(薄膜厚度/10nm)计算。
与现有技术相比，本发明通过引入合金元素Sn,采用较为相对简单的加工工艺以及廉价的合金元素，极大的提升了铝合金薄膜的导电性能，可以广泛应用于半导体连接件、液晶显示等方面。
本发明制备得到的高导电性铝合金薄膜中，在铝合金基体表面形成具有非晶态的氧化铝薄膜，并且利用锡元素对于表面氧化铝的作用，在氧化物中引入大量氧原子空位，从而使得载流子的移动性大大增强，提升了薄膜的导电性。
附图说明
图1为实施例1产品的溅射态的衍射结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
按照高导电性铝合金薄膜的制备工艺，利用成分为Al-Sn-(Fe,Ni)的合金靶材，通过磁控溅射的方法得具有纳米晶结构的铝合金薄膜。溅射时工艺如下表：
表1溅射工艺
| 溅射功率 | 30W |
| 溅射气压 | 0.5Pa |
| 溅射时间 | 5min33sec |
利用台阶仪测定薄膜的厚度为130nm.利用ICP方法对该薄膜成分进行化学分析，得到的结果如表2：
表2溅射态铝合金薄膜成分
| Al | Sn | Fe | Ni | |
| wt％ | 余量 | 3.16 | 13.89 | 0.88 |
利用掠入式X射线衍衍射对得到的薄膜进行测试，结果如图1。
利用谢乐公式计算晶粒尺寸，结果如表3。
表3晶粒尺寸
| 2theta | FHWM | 晶粒尺寸(nm) | |
| Al(111) | 38.55609 | 0.56733 | 14.6699 |
| Al(200) | 44.80944 | 0.71767 | 11.84031 |
| Al(220) | 65.1443 | 0.49925 | 18.67254 |
| Al(311) | 78.26546 | 0.66567 | 15.21448 |
对薄膜在450～550摄氏度下进行热处理，热处理时间为1个小时，利用四探针法对测量其电阻率，得到其电阻率为1.71μΩcm。
实施例2
一种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，本实施例中X为Ni，铝合金薄膜中Sn的质量百分比含量为2％，Ni的质量百分比含量为2％，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7μΩ·cm。
高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤：
(1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn 2％的Al-Sn-X靶材，在30W功率下通过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为0.45Pa，溅射时靶材与基体之间的间距为6cm，溅射时间为5min，得到晶粒尺寸为10nm的纳米晶铝合金薄膜；
(2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤(1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处理，控制热处理的温度为400℃，时间应为0.5小时，在热处理时最短的热处理保温时间按2.3min×(薄膜厚度/10nm)计算，例如，薄膜厚度为130nm,则实际采取的最短热处理保温时间为2.3min×(130nm/10nm)＝29.9min。完成后即得到高导电性铝合金薄膜。
实施例3
一种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Zn元素，铝合金薄膜中Sn的质量百分比含量为5％，Zn的质量百分比含量为15％，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为2.1μΩ·cm。
高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤：
(1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn 5％的Al-Sn-X靶材，在50W功率下通过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为1.2Pa，溅射时靶材与基体之间的间距为10cm，溅射时间为6min，得到晶粒尺寸为30nm的纳米晶铝合金薄膜；
(2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤(1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处理，控制热处理的温度为550℃，时间应为1小时，在热处理时最短的热处理保温时间按2.3min×(薄膜厚度/10nm)计算，完成后即得到高导电性铝合金薄膜。
Claims (6)
1.一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，该铝合金薄膜的化学成分为Al-Sn-X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7～2.1μΩ·cm。
2.根据权利要求1所述的一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，铝合金薄膜中Sn的质量百分比含量为2％-5％。
3.根据权利要求1所述的一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，铝合金薄膜中X的质量百分比含量为2％-15％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高导电性铝合金薄膜的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn 2％～5％的Al-Sn-X靶材，在30～50W功率下通过磁控溅射在基体上沉积得到薄膜材料，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为0.45-1.2Pa，溅射时保持靶材与基板之间的距离为6-10cm，溅射时间为5-6min，得到纳米晶铝合金薄膜；
(2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤(1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处理，控制热处理的温度为400～550℃，时间应为0.5～1小时，完成后即得到高导电性铝合金薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种高导电性铝合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)得到的纳米晶铝合金薄膜中晶粒尺寸为10～30nm。
6.根据权利要求4所述的一种高导电性铝合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)在热处理时最短的热处理保温时间按2.3min×(薄膜厚度/10nm)计算。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114775061A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-22 | 天津大学 | 一种对向靶磁控溅射外延铁锡合金薄膜的制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6387536B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-05-14 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho. | A1 alloy thin film for semiconductor device electrode and sputtering target to deposit A1 film by sputtering process for semiconductor device electrode |
| CN1479802A (zh) * | 2001-09-18 | 2004-03-03 | 三井金属k业株式会社 | 铝合金薄膜和具有该薄膜的配线电路以及形成此薄膜的靶材 |
| CN101512622A (zh) * | 2006-09-15 | 2009-08-19 | 株式会社神户制钢所 | 显示装置 |
| CN102925861A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-02-13 | 大连理工大学 | 具有高导电性和高热稳定性的Cu-Ni-Sn合金薄膜及其制备工艺 |
| CN102943221A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-27 | 仝泽彬 | 具有高导电率和耐电化学腐蚀的银合金反射薄膜及其制备方法 |
| US8422207B2 (en) * | 2008-04-23 | 2013-04-16 | Kobe Steel, Ltd. | Al alloy film for display device, display device, and sputtering target |
| CN103460351A (zh) * | 2011-03-31 | 2013-12-18 | 株式会社神户制钢所 | Cu合金膜和具备它的显示装置或电子装置 |
| CN104120467A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-29 | 陕西师范大学 | 一种组成可控的铜锌锡薄膜材料和铜锌锡硫基太阳能电池及其两者的制备方法 |
-
2015
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6387536B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-05-14 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho. | A1 alloy thin film for semiconductor device electrode and sputtering target to deposit A1 film by sputtering process for semiconductor device electrode |
| CN1479802A (zh) * | 2001-09-18 | 2004-03-03 | 三井金属k业株式会社 | 铝合金薄膜和具有该薄膜的配线电路以及形成此薄膜的靶材 |
| CN101512622A (zh) * | 2006-09-15 | 2009-08-19 | 株式会社神户制钢所 | 显示装置 |
| US8422207B2 (en) * | 2008-04-23 | 2013-04-16 | Kobe Steel, Ltd. | Al alloy film for display device, display device, and sputtering target |
| CN103460351A (zh) * | 2011-03-31 | 2013-12-18 | 株式会社神户制钢所 | Cu合金膜和具备它的显示装置或电子装置 |
| CN102943221A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-27 | 仝泽彬 | 具有高导电率和耐电化学腐蚀的银合金反射薄膜及其制备方法 |
| CN102925861A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-02-13 | 大连理工大学 | 具有高导电性和高热稳定性的Cu-Ni-Sn合金薄膜及其制备工艺 |
| CN104120467A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-29 | 陕西师范大学 | 一种组成可控的铜锌锡薄膜材料和铜锌锡硫基太阳能电池及其两者的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| R.Z. HU ET AL.: "Investigation of immiscible alloy system of Al-Sn thin films as anodes for lithium ion batteries", 《ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114775061A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-22 | 天津大学 | 一种对向靶磁控溅射外延铁锡合金薄膜的制备方法 |
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