CN106384782A - 一种多层金属电极材料及其制备方法 - Google Patents

一种多层金属电极材料及其制备方法 Download PDF

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李起
潘峰
傅肃磊
王光月
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Abstract

本发明公开了一种多层金属电极材料及其制备方法。本发明提供的多层金属电极材料包括设有电极图形的衬底以及依次沉积于所述衬底上的Ni层、Cu层、Ti层和Al层。本发明提供的制备方法包括如下步骤：采用蒸镀的方法，在衬底上依次沉积Ni层、Cu层、Ti层和Al层即得，所述蒸镀为电子束蒸镀或热蒸镀。本发明多层电极材料中，Ni有利于提高Cu的织构，不至于强烈增大电极电阻，同时提高对基底的粘附力；Ti可以作为扩散阻挡层提高铝膜织构，减小电极电阻；这种复合多层膜中，下面两层具有好的强韧性和较好的导电性，上面两层具有好的导电性和一定的强韧性，因此能用于制备声表面波器件或体声波器件。

Description

一种多层金属电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层金属电极材料及其制备方法，属于信息电子材料技术领域。
背景技术
在过去的几十年里，声表面波器件得到了迅速的发展。在通讯、传感等领域得到了广泛的应用。随着应用范围的不断扩展。人们对于高功率耐受性声表面波器件的渴望越来越强烈。在SAW器件制作过程中，电信号和声信号的转换由叉指换能器来承担。铝具有很高的电导率，声阻抗小，易加工。被广泛采用作叉指换能器的材料，使器件具有较小的插入损耗，高的矩形度，高Q值。
传统的铝电极材料都是采用电子束蒸镀的方式沉积。工作在GHz的SAW滤波器，叉指换能器指条宽度一般为微米或纳米量级。铝的自扩散系数高，高频重复应力会使得铝原子沿着晶界迁移，引起铝膜形成空洞和小丘导致器件失效。各种合金和过渡层已经被用来提高器件的抗电迁移性能和功率耐受性。但是合金膜工艺复杂，多层膜器件功率耐受性还不够高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层金属电极材料及其制备方法，本发明制备的多层金属电极材料具有较好的粘附性和较低的电阻，能够用于制备高频声表面波器件。
本发明所提供的多层金属电极材料，它包括设有电极图形的衬底以及依次沉积于所述衬底上的Ni层、Cu层、Ti层和Al层。
所述衬底可为压电单晶、压电陶瓷或压电薄膜，具体材质可为钽酸锂、铌酸锂等；
所述衬底的厚度为0.1～500μm。
所述Ni层的厚度为0～4nm，但不为零；
所述Cu层的厚度为0～30nm，但不为零；
所述Ti层的厚度为0～10nm，但不为零；
所述Al层的厚度为90～150nm。
本发明进一步提供了上述多层金属电极材料的制备方法，包括如下步骤：
采用蒸镀的方法，在所述衬底上依次沉积所述Ni层、所述Cu层、所述Ti层和所述Al层即得所述多层金属电极材料。
上述的制备方法中，所述蒸镀为电子束蒸镀或热蒸镀。
上述的制备方法中，所述电子束蒸镀的条件如下：
温度为10℃～100℃，如25℃；
靶材与所述衬底之间的距离为50cm～100cm，如70cm。
上述的制备方法中，所述蒸镀步骤之前，控制蒸镀镀膜机的真空腔的真空度为10-6～10-5Pa，如2.66×10-6Pa。
上述的制备方法中，所述蒸镀的蒸镀源为单质Ni颗粒、单质Cu颗粒、单质Ti颗粒和单质Al颗粒，纯度均为99.99％。
上述的制备方法中，所述蒸镀完成后，还包括向真空室中充入氮气至真空室内压力为大气压的步骤。
本发明多层电极材料中，Ni有利于提高Cu的织构，不至于强烈增大电极电阻，同时提高对基底的粘附力；Ti可以作为扩散阻挡层提高铝膜织构，减小电极电阻；这种复合多层膜中，下面两层具有好的强韧性和较好的导电性，上面两层具有好的导电性和一定的强韧性，因此能用于制备声表面波器件或体声波器件。
附图说明
图1为本发明制备的多层金属薄膜的剖面示意图；
图中各标记如下：
1Al层；2Ti层；3Cu层；4Ni层；5压电基片。
图2为本发明制备的多层膜金属电极的粘附力测试结果照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备声表面波器件
在42°YX-LiTaO3上电子束蒸镀沉积多层金属薄膜
1)将光刻做好叉指电极图形的42°YX-LiTaO3，打底胶之后，将压电基片放入电子束镀膜机中。启动真空系统抽真空至3.99×10-7Pa；调节电子枪功率为20％，清洗靶(纯度为99.999％)5min。
2)待电源示数稳定后，打开靶挡板，在25℃下，控制电子束镀膜机的真空室中的体系内总气压为2.66×10-6Pa，靶到基片的距离为70cm，开始蒸镀，Ni的蒸镀速率为沉积4nm，Cu电极材料的蒸镀速度为沉积20纳米，Ti的蒸镀速率为沉积6nm，Al的蒸镀速率为沉积92nm。
3)蒸镀完成后，关闭电源。向电子束蒸镀镀膜机的真空室中充入氮气至真空室内压力为大气压，开腔取出所制备的多层金属薄膜，剖面示意图如图1所示。
4)将步骤3)中所制备薄膜剥离得到电阻测试器件。
将本实施例制备的器件放置在探针台上，进行测试。
测试结果为多层膜金属电极方块电阻为75mΩ/□，纯金属铝膜方块电阻为86.1mΩ/□。
粘附力测试结果如图2，由图2可以看出同样的测试条件下，划的过程中逐渐加大压入力度，纯金属铝膜比本发明金属多层膜更早的露出基底的黑色，可见本发明多层金属膜与基底分离的力大于纯铝的样品，因此本发明多层金属膜具有较强的基底粘附力。

Claims (9)

1.一种多层金属电极材料，它包括设有电极图形的衬底以及依次沉积于所述衬底上的Ni层、Cu层、Ti层和Al层。
2.根据权利要求1所述的多层金属电极材料，其特征在于：所述衬底为压电单晶、压电陶瓷或压电薄膜；
所述衬底的厚度为0.1～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的多层金属电极材料，其特征在于：所述Ni层的厚度为0～4nm，但不为零；
所述Cu层的厚度为0～30nm，但不为零；
所述Ti层的厚度为0～10nm，但不为零；
所述Al层的厚度为90～150nm。
4.权利要求1-3中任一项所述多层金属电极材料的制备方法，包括如下步骤：
采用蒸镀的方法，在所述衬底上依次沉积所述Ni层、所述Cu层、所述Ti层和所述Al层即得所述多层金属电极材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述蒸镀为电子束蒸镀或热蒸镀。
6.根据权利要求4或5述的制备方法，其特征在于：所述电子束蒸镀的条件如下：
温度为10℃～100℃；
靶材与所述衬底之间的距离为50cm～100cm。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述蒸镀步骤之前，控制蒸镀镀膜机的真空腔的真空度为10-6～10-5Pa。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述蒸镀的蒸镀源为单质Ni颗粒、单质Cu颗粒、单质Ti颗粒和单质Al颗粒。
9.权利要求1-3中任一项所述多层金属电极材料在制备声表面波器件或体声波器件中的应用。
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