TWI261624B - Alloy film - Google Patents

Description

1261624 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種合金， 的薄膜合金。 肖別--種用於製造薄膜 【先前技術】 薄膜早已廣泛的應用在電子產㈣各式產品i μ 化或改變基材原有的特性， 求，例如用於反射式/半反射式式產品的實際使用需 射式的液晶顯示器的薄膜，可以 提高進入液晶的光的亮度，增加液晶的光利用率，降低外 加錢的需求；附著於cd_r、唯讀碟片的反射層薄膜則可 增加碩寫速度、資料儲存穷产 子山度鍵覆於燈具㈣ ㈣可以加“度效果或是改變光射出顏色效果，

郎能的目的等等。 J 其中：由於銀具有高反射率的特性，以此為材料所形 成的純銀薄膜可以滿足—般薄膜所需要的鏡面反射需求， 因此銀成為用於製造反射用薄膜的主要㈣之_。 一般為了能減低純銀薄膜㈣較用量讀低生產成 或是：得純銀薄膜在使用上取得一定的穿透或反射特 膜大都知用各類蒸鑛製程將純銀蒸鑛到基材上形成純銀 薄膜，以滿足各產品所需的使用特性。 疋田為了減少薄膜材料的使用量以降低生產成本 ==品薄膜厚度降低時，以蒸鑛製程形成的純銀薄膜往 If度的減少而使得強度與耐腐純變差，導致純銀 *、、氧化或夂形，而無法在一般大氣環境，或是較高溫 1261624 如=的環境中使用此類具有純銀薄膜的產品。因此， 減少純銀薄膜厚度降低生產成本的同時，〜 各類產品的對純銀薄 、持 ，是業度、耐腐㈣，及反射率的需求 1予界不斷研究的方向之一。 題：ΓΓ料:成薄膜，以解決上述純銀薄膜的問 .^ π種理所當然的想法與做法。但是過去，對 銀&金材料的研究 、 1耒γ在扣幵銀合金早一特性的提 升有針對薄膜所f特性的全面研究。 舉例來祝’選擇性地添加有把（Pd)、銅（Cu)、锡（ 銦（In)、鎵（Ga)，或辞（zn)等元素形成的各不同 分的銀合金’可以有效提昇強度與硬度，也同時具有盥 陶竞基材的高相容性（詳見例如：Amedean . 所出版的” MetalsHandb〇()k，，中貴金屬金屬章節）。 々選擇性地添加銅、鈥（Nd)、錫、# (pt)、纪，或鋅 等，素形成的各不同成分的銀合金，可以達到抗腐蝕性、 延緩氧化所產生的不利影響的功效（參見日本專利第2㈧孓 W464就發明案、帛2〇〇3_16〇827號發明案’以及中華民國 專利第514909號發明案、第432369號發明案、第531562 號發明案等）。 另外，選擇性地添加鉑、把、銅或是金（Au )等元素 形成的各不同成分的銀合金，對於純銀可以減少反射率降 低的情形，而此些二元或多元合金所組成的材料，由於其 反射率與純銀相當，已使用於例如CD-R、單面雙層唯讀型 茱片、以及可δ貝寫式DVD碟片等方面（參見美國專利第 1261624 US5948497號發明案、第US6007889號發明案，及2002年 的神戶製鋼技報文獻）。這些材料，可以使用於CD-R、單 面雙層唯讀型碟片、以及可讀寫式DVD碟片等。 然而，南記錄容量、高讀寫速度是記錄媒體的發展趨 勢，其反射層薄膜當然必須有多層化的設計、高速讀寫速 度，及耐南溫、溼度等不變形的基本需求，同時，高亮度 疋平面顯示器的基本要求，因此，在兼顧反射率以及製造 成本的要求下，研究發展可以製造同時具備優良的強度、 耐餘性以及咼反射率的極薄薄膜的合金材料，是各界努力 的方向之一。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供製造一種用於製造同 時具備高強度、高耐腐蝕、以及高反射率特性之薄膜的薄 膜合金。 本發明之一種薄膜合金，用於形成一具有高強度、高 耐腐蝕，及咼反射率特性之薄膜，該薄膜合金包含一平衡 $的銀，及一原子百分比總合介於〇 〇1至5 〇之間的添加 兀素單元，該添加元素單元具有一原子百分比介於〇 〇1至 2·〇之間的強化元素、一原子百分比介於〇 〇1至2 〇之間的 耐蝕凡素，與一原子百分比介於〇〇1至3〇之間的高反射 元素’该強化元素使該薄膜合金之晶粒度減少，而使該薄 膜的機械強度提高，該耐蝕元素在該薄膜表面產生一氧化 物以保護該薄膜不受腐蝕，該高反射元素擴大該薄膜合金 之合金固溶區域避免析出物產生，使該薄膜具有高反射率 1261624 本發明之功效在於提供一種用於製造薄膜的薄膜合金 ，以三種不同添加元素類別，搭配其最適合的成分組成， 使薄膜同時具有高強度、高耐腐蝕，另古c a十 」碉蚀及鬲反射率的特性， 以達到最終產品所需要的綜合性薄膜品質特性。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚 的明白。 本發明一種薄膜合金的一較佳實施例，適用於形成同 時具有高強度、高耐腐蝕’1高反射率等特性的薄膜，該 薄膜合金包含-平衡量的銀，及添加於銀中且原子百分比 總合介於0.01至5·0之間的添加元素單元。 添加元素單元包括-高反射元素、一耐姓元素，及一 強化元素。 由於銀合金的反射率取決於鍍膜中第二相元素的存在 ，在不降低銀合金的反射率的條件下，添加的高反射元素 是至少選擇飽、銅、翻等元素其中之一種，藉由此此鱼銀 同為面心立方結構的元素，提高與純銀的互溶性質、擴大 銀合金單相區域，避免析出物的生成，以降低析出物:薄 膜中產生散射的情形’減少反射率的下降。由表一可以發 現添加此些元素的不同組成之銀合金的反射率雖有減低: 但其降低情形有限，因此，高反射元素的最高添加量為 3_0at% (原子百分比），超出此一範圍，合金薄膜反射率將 1261624 隨合金添加量提高而降低；而最少添加量則定在0.01at% -一表一反射用合金反射率 合金材質 200nm厚、650nm波長的反射率％ '---------

由於本發明主要是利用形成氧化膜以抗腐蝕的方式， 在薄膜表面產生數個原子層厚度的保護層，使得薄膜的抗 腐钱性質提高，因此耐Μ素是選自銃、鈹、！呂、鈇、絡 辞、鎳等表二所列出高氧化性元素的其巾至少一種，由 於這些7L素與氧具備極高的反應性，因此傾向移動到鍍膜 ，層產生數個原子層厚度的氧化物的緻密保護層，而可 咼薄膜的抗腐蝕特性。其添加量必須高於0 01at%，才足以 ”、員現/、功放’同時不能超出2 ，以避免對反 不良的影響。 k成 表二 耐蝕元素氧化性質差異 合金元素 ~" --------_ 127 C氧化自由能（kj/mole氧） ---- 銃（Sc) -596 鈹（Be) -570 — ----- 鋁（A1) --~-—-— -511 ~~-------_______ 1261624 —' --------- 鈦（Ti) -468 鉻（Cr) -342 鋅（Zn) ----— -310 鎳（Ni) -202 而，為能進一步提高薄膜強度，且保有單相的銀合金 顯微組織，本發明是應用固溶強化的概念，利用合金原子 與純銀的原子半徑差異，使原子晶格尺寸受到彈性應變， 如此可以減低原子晶格中的差排缺陷移動的能力，同時減 小薄膜的晶粒度，因而提昇薄膜的強度，因此，強化元素 是選自‘貝、銃、矽、鈦、銦、鍺、鋅、鉍等表三所列出與 銀原子產生5%以上應變的元素其中之至少一種，而可進、 步提高薄膜的機械強度。而強化元素的添加範圍必須控制 在O.Olat%〜2.0at%以内，以避免因濃度過高，產生析出物 表三強化用合金元素與純銀半徑i 合金元素 與銀原子半徑差 鋇（Ba) 59% 銃（Sc) 19% 矽（Si) 17% 鈦（Ti) 14% 銦（In) 14% 10 1261624 鍺（Ge) 13% 鋅（Zn) 13% 鉍（Bi) 1% 表四列出以純銀薄膜 '添加2at%銅的銀合金薄膜、添 加2at%鉑的銀合金薄膜與添加2at%敍的銀合金薄膜為實 驗對照組’與本發明添加〇 5at%鍺、〇 5at%鎳與】〇討％鉑 的銀合金溥膜（以下稱為第一薄膜合金實施例）與添加 O/at%鈦、0.05at%錮與〇5娜銅的銀合金薄膜（以下稱為 第二薄膜合金實施例）為實驗驗證組，比較本發明與其他 合金在相對機械強度、相對抗腐蝕性與650nm反射率等方 面的性質差異。 ,在此，相對機械強度是以濺鍍成膜後其晶粒度大小f 為比較基準，由於機械強度隨著晶粒度的平方根倒數成』 比’因此晶粒度越小強度越高，驗證時是對各成分的薄港 的相對機械強度進行排序，給予卜4的評比，數字最小^ 表示相對機械強度最低。 、〜而，相對抗腐㈣則利用固定溫度、固定相對溼度下 2試驗，比較各成分之薄膜可以抵抗環境腐14、延遲反 準"爷的㈣長&’並以純銀薄膜的抗腐钱時間作為基 :反射率下降的時間延遲越久，代表該合金抗腐钮性質 ί此亦依抗腐料料㈣序，給予〗〜4的評比， 攻小的表不抗腐蝕性最差。 由表四中可以得知，本發明第―、二薄膜合金的反射 1261624 率均可達以上，同時，在機械強度以及抗腐蝕性上 亦有顯著的提昇。 本發明薄專膜合金的比較 Ag-2at%Pt 實驗對照組實驗驗證組

合金成分 Ag

Ag-2at%Cu

Ag-lat%Nd 第一薄膜合金 (Ag-〇.5at% Ge-0.5at %Ni-l.〇at%Pt) 第二薄膜合金 (Ag-0.5at% Ti-0.05at %In-0.5at%Cu) 以上述第-薄膜合金而言，其反射率為96%，與添力 2at%翻的銀合金相當，但由於本發明之強化元素（即錯） 以及而情元素（即錄）的添加，使其機械強度與抗腐㈣ 質均優於添加2at%銘的銀合金，同時，第一薄膜合金的及 射率也遠高於強度與抗腐敍性近似的添加2at%錢的銀^ 〇 由於第-薄膜合金之機械強度與抗腐蝕性均高，反射 率也達到95%以上，可適合用在外露用途的高反射鏡面鑛 膜/抵抗，溫以及環境腐钮；同時，由於平面顯示器的 製程包括在高溫下進行的鑛膜製程，因此第―薄膜人 適合用於平面顯示器的反射薄膜，以抵抗其製程^能 成的高溫變形。 & 再由第二薄膜合金的比較得知，由於其反射率可達 12 1261624 97% ’同時，機械強度與抗腐蝕性均高於反射率相當的添加 2at%銅的銀合金，更加驗證本發明薄膜合金在反射特性、 機械強度以及耐蝕性等三項特性，並同時具有加乘提昇的 功效。 參閱圖1與圖2，圖1是第二薄膜合金實際鍍成薄膜之 後的顯微組織，其晶粒尺寸低於l〇nm，十分細緻均勻，與 圖2以純銀為材料所形成的鍍膜，其部分晶粒尺寸接近 1 OOnm相較，本發明第二薄膜合金所成之薄膜的晶粒度大 幅下降，顯示本發明合金薄膜強度較純銀薄膜為高；再經 由電子繞射圖案可以判斷得知，第二薄膜合金的原子結構 是單相的面心立方組織。 由上述驗證可知，本發明薄膜合金確實在鍍成薄膜後 ，可使形成之薄膜具有高機械強度、高耐蝕性以及高反射 率勺4點事貫上，以本發明薄膜合金形成1 〇〇nm厚度的 鍍膜時，對650nm波長的光反射率約為97%，此與純銀所 形成之鍍膜的98%的反射率相當接近，符合高反射率的需 求’同時上述鍍膜亦已通過8〇〇c、85%相對溼度、1〇〇小 k以上的基本測試，而具備足夠的耐腐蝕特性，可適用在 高倍速單次讀寫式DVD碟片甲作為全反射層之用。 ^此外本务明薄膜合金確實在艘成20nm以下厚度的薄 膜時仍具備25%以上的反射率，並亦通過8〇°c、85%相 對澄度、96小時的耐㈣測試，因此可以立即應用在單面 雙層唯讀與單次讀寫記錄媒體中的半反射層之用，同時亦 可以直接適用於反射式/半反射式平面顯示器反射層之用， 13 1261624 具備提高亮度、節省電能的效果，確實達到本發明之目的 0 ^惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 月匕X此限疋本备明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明書%^ ^ ^曰円合所作之間早的等效變化與修飾，皆 應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 " 牙透式電子顯微鏡照片，說明本發明添加 0_5at/6欽〇.〇5at%銦與〇5at%銅的薄膜合金鍍成薄膜後之 顯微組織；及 圖2疋一穿透式電子顯微鏡照片，說明以純銀為材料 錢成薄膜後之顯微組織。 14

Claims (1)

1261624 —着 十、申請專利範圍： l :種薄膜合金’用於形成—具有高強度、高财腐蝕，及 高反射率特性之薄膜，該薄膜合金包含： 一平衡量的銀；及 一原子百分比總合介於0·01至5〇之間的添加元素 單元，該添加元素單元具有一原子百分比介於〇 〇1至 2·〇之間的強化元素、一原子百分比介於〇 〇1至2 〇之 間的耐蝕元素，與一原子百分比介於〇〇1至3〇之間的 高反射元素，該強化元素是選自由鋇、銃、矽、鈦、銦 、鍺、鋅、鉍，及此等之組合所構成的群組，而使該薄 膜之晶粒度減少及使該薄膜的機械強度提高，該耐蝕元 素是選自由銃、鈹、鋁、鈦、鉻、鋅、鎳，及此等之級 合所構成的群組，而在該薄膜表面產生一氧化層以保護 該薄膜不文腐钱，且該強化元素與該耐餘元素中任一相 同元素之總原子百分比並介於0.01至2.0之間，該高反 射元素是選自由鈀、銅、鉑，及此等之組合所構成的群 組，而可擴大該薄膜合金之合金固溶區域避免析出物產 生，使該薄膜具有局反射率。 15