CN105112882A - 一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，将银合金薄膜以膜面朝上的方式两端固定，中部用向上凸起的凸模顶起，从而对银合金薄膜施加预应力，然后在真空炉内或气氛保护炉内加热退火，以增大残余压应力，促进薄膜原子扩散，从而增加银合金薄膜表面形成的银颗粒数量。本发明通过对柔性基体上银合金薄膜施加预应力并进行退火处理调控银合金薄膜的原子扩散行为，促进银颗粒形成的方法，为获得大比表面积柔性聚酰亚胺基体银合金颗粒薄膜器件提供了技术支撑。施加预应力的大小可以根据需要通过调整模具进行调控，能有效促进退火过程中银合金薄膜表面银颗粒的形成，获得具有大比表面积的柔性基体银合金颗粒复合膜。

Description

一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法
技术领域
本发明涉及到微、纳米尺度材料的制备领域，具体的说是一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法。
背景技术
众所周知，薄膜内存在残余应力是采用溅射方法制备的薄膜中普遍存在的现象，几乎所有薄膜都处于某种应力状态之中。残余应力的大小从几十MPa到几百MPa，甚至在一些高熔点薄膜内存在GPa数量级的残余应力。由于薄膜内的应力状态直接关系到微电子器件的设计和使用寿命，因而成为近年来的研究热点。人们对薄膜残余应力的演化行为已经进行了深入的研究，结果表明，正常沉积情况下磁控溅射制备的几百nm厚、低熔点薄膜(Al，Ag，Cu等)的残余应力一般在几十到几百MPa，可能是拉应力也可能是压应力，而高熔点的薄膜（W，Mo，Ta，Zr等）的产预应力要明显高于低熔点薄膜，可能处于拉应力或者压应力状态。一般认为，拉应力是由晶界释放机制引起的，而压应力则是由喷丸效应产生的。
由于在微电子、医用杀菌、传感、催化、光电显示等领域具有广阔的应用前景，高效率、低成本的微纳米尺度Ag薄膜、银颗粒及其复合材料制备技术成为本领域的研究热点之一。为了进一步增加柔性基体上银合金薄膜表面单位面积内的颗粒数量，本发明提出了一种对柔性聚酰亚胺基体上Ag合金薄膜施加预应力并进行退火调控Ag合金薄膜原子扩散、促进银颗粒形成的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，通过对柔性基体上银合金薄膜施加预应力并进行退火调控银合金薄膜表面原子的扩散、促进更多银颗粒的形成。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，将柔性基体和其上的具有残余压应力的银合金薄膜以膜面朝上的方式两端固定，中部用向上凸起的凸模顶起，使银合金薄膜与凸模紧密接触，从而对银合金薄膜施加预应力，然后在真空炉内或气氛保护炉内加热退火，退火温度为200℃-300℃，退火时间30-100min，以增大残余压应力，促进薄膜原子扩散，从而增加银合金薄膜表面形成的银颗粒数量。
所述具有残余压应力的银合金薄膜是指，从外观上看表面上凸的银合金薄膜。
对于柔性基体上的金属薄膜来说，如果整个薄膜表面下凹，表明薄膜内部处于残余拉应力状态；如果整个薄膜表面上凸，表明薄膜内部处于残余压应力状态。
所述柔性基体为柔性聚酰亚胺基体。
所述凸模具有一弧形的凸起部和位于两侧的用于卡紧柔性基体及其上银合金薄膜的卡紧部。可以根据需要制作不同的凸模，以满足不同的凸起弧度。
有益效果：本发明通过对柔性基体上银合金薄膜施加预应力并进行退火处理调控银合金薄膜的原子扩散行为，促进银颗粒形成的方法，为获得大比表面积柔性聚酰亚胺基体银合金颗粒薄膜器件提供了技术支撑。施加预应力的大小可以根据需要通过调整模具进行调控。本发明方法简单，操作方便，成本低，绿色环保，能有效促进退火过程中银合金薄膜表面银颗粒的形成，获得具有大比表面积的柔性基体银合金颗粒复合膜。
附图说明
图1为本发明中凸模的结构示意图；
图2为本发明中凸模的一种断面图；
图3为本发明中凸模的另一种断面图；
图4为本发明中凸模的又一种断面图；
附图标记：1、凸起部，2、卡紧部。
具体实施方式
一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，将柔性基体和其上的具有残余压应力的银合金薄膜以膜面朝上的方式两端固定，中部用向上凸起的凸模顶起，使银合金薄膜与凸模紧密接触，从而对银合金薄膜施加预应力，然后在真空炉内或气氛保护炉内加热退火，退火温度为200℃-300℃，退火时间30-100min，以增大残余压应力，促进薄膜原子扩散，从而增加银合金薄膜表面形成的银颗粒数量。
所述凸模具有一弧形的凸起部1和位于两侧的用于卡紧柔性基体及其上银合金薄膜的卡紧部2，可以根据需要制作不同的凸模，以满足不同的凸起弧度。
下面结合以下具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。
实施例1
采用磁控溅射方法在聚酰亚胺基体上（基体尺寸为长125mm，宽125mm，基体厚度0.6mm）制备100nm厚Ag-3.5Zr合金薄膜，取出样品发现整个薄膜表面上凸，可以判断薄膜处于残余压应力状态，利用X射线衍射应力仪测得样品的实际残余应力为压应力-103MPa。将两个相同样品中的一个样品膜面朝上置于附图2所示的凸模上，使膜基体系处于凸起状态，两端固定，然后在氩气气氛保护炉内退火，退火温度200℃，退火时间30分钟，随炉冷却后取出薄膜。这样可以增大薄膜内部残余压应力，促进由于残余压应力释放驱动的薄膜原子扩散，最终导致在合金膜表面形成了更多的银颗粒。将另一个样品直接放入气氛炉内不施加预应力退火，退火温度200℃，退火时间30分钟，随炉冷却后取出薄膜。对两个样品退火后进行扫描电镜观察，分析表明，与不施加预应力的传统退火处理相比，施加预应力退火后样品单位面积内（1mm*1mm）形成银颗粒的数量增加了29%，颗粒平均尺寸增大26%，达到了促进退火过程中银合金薄膜表面银颗粒形成的效果。
实施例2
采用磁控溅射方法在聚酰亚胺基体上（基体尺寸为长125mm，宽125mm，基体厚度0.6mm）制备150nm厚Ag-5.2Zr合金薄膜，取出样品发现整个薄膜表面上凸，可以判断薄膜处于残余压应力状态，利用X射线衍射应力仪测得样品的实际残余应力为压应力-195MPa。将两个相同样品中的一个样品膜面朝上置于附图3所示凸模上，使膜基体系处于凸起状态，两端固定，然后在氩气气氛保护炉内退火，退火温度260℃，退火时间45分钟，随炉冷却后取出薄膜。这样可以增大薄膜内部残余压应力，促进由于残余压应力释放驱动的薄膜原子扩散，最终导致在合金膜表面形成了更多的银颗粒。将另一个样品直接放入气氛炉内不施加预应力温度260℃，退火时间45分钟，随炉冷却后取出薄膜。对两个样品退火后进行扫描电镜观察，分析表明，与不施加预应力的传统退火处理相比，施加预应力退火后样品单位面积内（1mm*1mm）形成银颗粒的数量增加了32%，颗粒平均尺寸增大了35%，达到了促进退火过程中银合金薄膜表面银颗粒形成的效果。
实施例3
采用磁控溅射方法在聚酰亚胺基体上（基体尺寸为长125mm，宽125mm，基体厚度0.6mm）制备80nm厚Ag-7.5Zr合金薄膜，取出样品发现整个薄膜表面上凸，可以判断薄膜处于残余压应力状态，利用X射线衍射应力仪测得样品的实际残余应力为压应力-213MPa。将两个相同样品中的一个样品膜面朝上置于附图4所示凸模上，使膜基体系处于凸起状态，两端固定，然后在氩气气氛保护炉内退火，退火温度300℃，退火时间100分钟，随炉冷却后取出薄膜。这样可以增大薄膜内部残余压应力，促进由于残余压应力释放驱动的薄膜原子扩散，最终导致在合金膜表面形成了更多的银颗粒。将另一个样品直接放入气氛炉内不施加预应力温度300℃，退火时间100分钟，随炉冷却后取出薄膜。对2个样品退火后进行扫描电镜观察，分析表明，与不施加预应力的传统退火处理相比，施加预应力退火后样品单位面积内（1mm*1mm）形成银颗粒的数量增加了36%，颗粒平均尺寸增大了33%，达到了促进退火过程中银合金薄膜表面银颗粒形成的效果。

Claims (4)

1.一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，其特征在于：将柔性基体和其上的具有残余压应力的银合金薄膜以膜面朝上的方式两端固定，中部用向上凸起的凸模顶起，使银合金薄膜与凸模紧密接触，从而对银合金薄膜施加预应力，然后在真空炉内或气氛保护炉内加热退火，退火温度为200℃-300℃，退火时间30-100min，以增大残余压应力，促进薄膜原子扩散，从而增加银合金薄膜表面形成的银颗粒数量。
2.根据权利要求1所述的一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，其特征在于：所述具有残余压应力的银合金薄膜是指，从外观上看表面上凸的银合金薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，其特征在于：所述柔性基体为柔性聚酰亚胺基体。
4.根据权利要求1所述的一种施加预应力促进银合金薄膜表面析出银颗粒的方法，其特征在于：所述凸模具有一弧形的凸起部（1）和位于两侧的用于卡紧柔性基体及其上金属薄膜的卡紧部（2）。
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