TWI769081B

TWI769081B - 鉻鎳鈦合金靶材及其製法

Info

Publication number: TWI769081B
Application number: TW110135008A
Authority: TW
Inventors: 陳俊祐; 蔡登安; 鄭惠文
Original assignee: 光洋應用材料科技股份有限公司
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202314011A

Abstract

本創作提供一種鉻鎳鈦合金靶材，其包含鉻、鎳、鈦以及添加金屬；其中，以鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鎳的含量係大於或等於15 at%且小於或等於40 at%，鈦的含量係大於或等於20 at%且小於或等於30 at%，添加金屬的含量係大於或等於5 at%且小於或等於40 at%；在鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5。本創作之鉻鎳鈦合金靶材不僅具有良好的抗折強度，以其進行濺鍍後所製成的薄膜更具有低表面粗糙度的特性。

Description

鉻鎳鈦合金靶材及其製法

本創作係關於一種鉻鎳鈦合金靶材及其製法，尤指一種應用於磁記錄媒體之鉻鎳鈦合金靶材及其製法。

隨著人們對於磁記錄媒體之資訊儲存容量的需求愈來愈高，具有更高磁錄密度潛力的垂直式磁記錄(perpendicular magnetic recording，PMR)媒體已成為相關領域關注的研究重點。

一般而言，垂直式磁記錄媒體的層狀結構由下至上包含有基板、附著層(adhesion layer)、軟磁層(soft underlayer)、晶種層(seed layer)、中間層(intermediate layer)、磁記錄層(magnetic recording layer)、覆蓋層以及潤滑層，其中，附著層需要具有良好的黏著性以連結基板與軟磁層，不僅如此，附著層還需要具有非晶性(amorphous)以及低表面粗糙度等特性，以利後續在附著層上形成其他層體。

目前，附著層多以鉻鈦鉭靶材進行濺鍍所製得。然而，所述鉻鈦鉭靶材中通常具有鉻鈦合金相，致使鉻鈦鉭靶材的抗折強度(bending strength)不佳；此外，由所述鉻鈦鉭靶材進行濺鍍所製得的薄膜的表面粗糙度過大，致使後續附著於其上之軟磁層和晶種層等層體的表面粗糙度隨之增加。現今磁記錄媒體與磁頭之間的距離通常需控制在約5奈米至7奈米的範圍內，而若磁記錄密度需再進一步提升，磁記錄媒體與磁頭之間的距離通常也需要更接近彼此以確保高訊雜比，倘若附著層的表面粗糙度過大，致使附著於其上的層體之表面粗糙度過大，則容易造成磁記錄媒體與磁頭發生碰撞而毀損，從而縮短二者的使用壽命。

據此，現今利用鉻鈦鉭靶材進行濺鍍所製得的附著層特性恐難以符合高磁記錄密度媒體之市場需求，實有必要發展出新的解決方案。

有鑒於現有技術所面臨的問題，本創作之目的在於提供一種鉻鎳鈦合金靶材，其不僅具有較佳的抗折強度，以本創作之鉻鎳鈦合金靶材進行濺鍍所製得之薄膜還具有低表面粗糙度的特性而可適合作為附著層，從而使堆疊其上的層體具有良好的平坦度，以有效避免磁記錄媒體與磁頭發生碰撞。

為達成前述目的，本創作提供一種鉻鎳鈦合金靶材，其包含鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)以及一添加金屬；其中，以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鎳的含量係大於或等於15原子百分比(atomic percent，at%)且小於或等於40 at%，鈦的含量係大於或等於20 at%且小於或等於30 at%，該添加金屬的含量係大於或等於5 at%且小於或等於40 at%；在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5。

藉由控制本創作之鉻鎳鈦合金靶材同時具有以下技術特徵：(I)鎳含量大於或等於15 at%且小於或等於40 at%、(II)鈦含量大於或等於20 at%且小於或等於30 at%、(III)該添加金屬的含量大於或等於5 at%且小於或等於40 at%以及(IV)鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值大於0.5，本創作之鉻鎳鈦合金靶材不僅具有良好的抗折強度，以其進行濺鍍後所製成的薄膜更具有低表面粗糙度的特性。

較佳的，在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5且小於3。

較佳的，該添加金屬包含鉭(Ta)、鈮(Nb)或其組合。

於本創作的一些實施例中，該添加金屬為鉭，且以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鉭的含量係大於或等於5 at%且小於或等於35 at%。於本創作的另一些實施例中，該添加金屬為鈮，且以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鈮的含量係大於或等於20 at%且小於或等於30 at%。於本創作的又一些實施例中，該添加金屬為鉭與鈮，且以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鉭的含量係大於或等於10 at%且小於或等於25 at%，鈮的含量係大於或等於15 at%且小於或等於25 at%，且鉭與鈮的含量和係大於或等於30 at%且小於或等於40 at%。

依據本創作，以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鉻的含量係大於或等於10 at%且小於或等於40 at%。較佳的，以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鉻的含量係大於或等於13 at%且小於或等於40 at%。

較佳的，該鉻鎳鈦合金靶材之抗折強度係大於320百萬帕(MPa)。更佳的，該鉻鎳鈦合金靶材之抗折強度係大於320 MPa且小於或等於500 MPa。

此外，本創作另提供一種鉻鎳鈦合金靶材的製法，其包含以下步驟：步驟(a)：混合一第一鉻原料以及一第二鉻原料，以獲得一第一混合物，其中，該第一鉻原料的平均粒徑係小於40微米(μm)，該第二鉻原料的平均粒徑係大於100 μm且小於200 μm；步驟(b)：混合一鎳原料以及一鈦原料，以獲得一第二混合物；步驟(c)：混合該第一混合物、該第二混合物以及一添加金屬原料，以獲得一第三混合物；以及步驟(d)：在大於或等於900℃且小於或等於1100℃的溫度下燒結該第三混合物，以獲得該鉻鎳鈦合金靶材；其中，以該第三混合物之原子總數為基準，該鎳原料的添加量係大於或等於15 at%且小於或等於40 at%，該鈦原料的添加量係大於或等於20 at%且小於或等於30 at%，該添加金屬原料的添加量係大於或等於5 at%且小於或等於40 at%；在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5。

藉由於鉻鎳鈦合金靶材製程中採用(1)預先混合不同粒徑範圍的鉻原料、(2)預先混合鎳原料以及鈦原料、(3)控制鎳原料、鈦原料與添加金屬原料的添加量範圍以及(4)控制燒結溫度範圍等技術手段，能夠使所製得之鉻鎳鈦合金靶材具有較佳的抗折強度，同時，以其進行濺鍍所製成的薄膜更具有較低的表面粗糙度。

於本創作的一些實施例中，該第一鉻原料的平均粒徑係大於或等於1 μm且小於40 μm。

較佳的，在該步驟(a)中，該第一鉻原料與該第二鉻原料的重量比為1：0.5至1：5。更佳的，在該步驟(a)中，該第一鉻原料與該第二鉻原料的重量比為1：1.5至1：4。

依據本創作，以該第三混合物之原子總數為基準，該第一混合物的添加量係大於或等於10 at%且小於或等於40 at%。較佳的，以該第三混合物之原子總數為基準，該第一混合物的添加量係大於或等於13 at%且小於或等於40 at%。

較佳的，該添加金屬原料包含鉭原料、鈮原料或其組合。

於本創作的一些實施例中，該鎳原料的平均粒徑係小於20 μm，該鈦原料的平均粒徑係小於80 μm，該鉭原料的平均粒徑係小於50 μm，該鈮原料的平均粒徑係小於50 μm。於本創作的另一些實施例中，該鎳原料的平均粒徑係大於或等於1 μm且小於20 μm，該鈦原料的平均粒徑係大於或等於1 μm且小於80 μm，該鉭原料的平均粒徑係大於或等於1 μm且小於50 μm，該鈮原料的平均粒徑係大於或等於1 μm且小於50 μm。

於本創作的一些實施例中，該添加金屬原料為鉭原料，且以該第三混合物之原子總數為基準，鉭原料的添加量係大於或等於5 at%且小於或等於35 at%。於本創作的另一些實施例中，該添加金屬原料為鈮原料，且以該第三混合物之原子總數為基準，鈮原料的添加量係大於或等於20 at%且小於或等於30 at%。於本創作的又一些實施例中，該添加金屬原料為鉭原料與鈮原料，且以該第三混合物之原子總數為基準，鉭原料的添加量係大於或等於10 at%且小於或等於25 at%，鈮原料的添加量係大於或等於15 at%且小於或等於25 at%，且鉭原料與鈮原料的添加量和係大於或等於30 at%且小於或等於40 at%。

依據本創作，在該步驟(a)、步驟(b)與步驟(c)中，該混合步驟可選用任何能夠均勻混合原料的方式以達到均勻混合原料之目的。舉例而言，該混合步驟可為以手動攪拌使原料均勻混合，或者將原料置於自動混粉機中，並以60轉/分鐘(revolution per minute，rpm)至80 rpm之轉速進行滾動混合10分鐘至60分鐘，但不限於此。

依據本創作，於該步驟(c)中獲得該第三混合物後，可另接續進行一預壓步驟，該預壓步驟可為任何能夠將該第三混合物壓製成為具有固定形狀的手段。舉例而言，該預壓步驟可為將該第三混合物置入油壓機中並以約為250磅力每平方英吋(pound per square inch，psi)至350 psi之壓力進行預壓，但不限於此。

依據本創作，於該步驟(c)中獲得該第三混合物後，可另接續進行一過篩步驟，其中，篩網的孔徑係大於或等於60目數(mesh)且小於或等於70 mesh。應理解的是，若於獲得該第三混合物後欲進行所述過篩步驟與所述預壓步驟，則一般可先進行過篩步驟，再進行預壓步驟，待過篩和預壓步驟完成後再進行所述之燒結步驟(步驟(d))。

較佳的，在該步驟(d)中，燒結壓力係大於或等於350巴(bar)且小於或等於1800 bar。

依據本創作，所述燒結步驟可為熱壓成型法(hot pressing，HP)、放電等離子體燒結法(spark plasma sintering，SPS)或熱均壓成型法(hot isostatic pressing，HIP)。舉例而言，當燒結步驟採用HP時，其燒結溫度可為950°C至1200°C，燒結壓力可為350 bar至400 bar，燒結時間可為2小時至4小時，但不限於此；當燒結步驟採用SPS時，其燒結溫度可為800°C至1000°C，燒結壓力可為350 bar至400 bar，燒結時間可為2小時至4小時，但不限於此；當燒結步驟採用HIP時，其燒結溫度可為900°C至1100°C，燒結壓力可為1200 bar至1800 bar，燒結時間可為2小時至4小時，但不限於此。

另外，本創作另提供一種鉻鎳鈦合金薄膜，其係前述之鉻鎳鈦合金靶材所濺鍍而成。以本創作提供之鉻鎳鈦合金靶材進行濺鍍所製得之鉻鎳鈦合金薄膜具有低表面粗糙度的特性。據此，本創作之鉻鎳鈦合金薄膜可適用於磁記錄媒體之附著層，進而延長磁記錄媒體和磁頭的使用壽命。

較佳的，該鉻鎳鈦合金薄膜之表面粗糙度係小於或等於0.5奈米(nm)。更佳的，該鉻鎳鈦合金薄膜之表面粗糙度係大於或等於0.1 nm且小於或等於0.5 nm。再更佳的，該鉻鎳鈦合金薄膜之表面粗糙度係大於或等於0.3 nm且小於或等於0.5 nm。

於本說明書中，由「小數值至大數值」表示的範圍，如果沒有特別指明，則表示其範圍係大於或等於該小數值且小於或等於該大數值。例如：重量比為1：0.5至1：5，即表示重量比之範圍係「大於或等於1：0.5且小於或等於1：5」。

為驗證鉻鎳鈦合金靶材中的組成及鎳鈦相與鉻相在(110)晶體方向之特徵峰強度關係所造成的影響，以下列舉數種鉻鎳鈦合金靶材作為例示，詳細說明本創作的實施方式，所屬技術領域具有通常知識者可經由本說明書之內容輕易地了解本創作所能達成之優點與功效，並且於不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本創作之內容。

實施例 1 至 11 ： 鉻鎳鈦 合金靶材

依據表1所列之組成，秤取適量平均粒徑小於40 μm之第一鉻粉末以及平均粒徑約100 μm至200 μm之第二鉻粉末，並以手動攪拌的方式混合所述第一、第二鉻粉末，以獲得一第一混合物，其中，各實施例所選用第一、第二鉻粉末的重量比係列於下表1中。

接著，秤取適量平均粒徑小於20 μm之鎳粉末以及平均粒徑小於80 μm之鈦粉末，隨後置於自動混粉機中(型號：RM24，製造商：RETSCH)以80 rpm之轉速進行滾動混合10分鐘，以獲得一第二混合物。

隨後將所述第一混合物、第二混合物以及適量之添加金屬原料皆置於自動混粉機中並以80 rpm之轉速進行滾動混合60分鐘，以獲得一第三混合物，其中，作為添加金屬原料之鉭粉末與鈮粉末的平均粒徑皆小於50 μm。

將所述第三混合物以孔徑大小為60 mesh之篩網過篩後，置入油壓機中並以約為300 psi之壓力進行預壓，隨後再依據下表1所列之燒結製程以及燒結溫度進行燒結，以獲得實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材，其中，若燒結步驟採用HP，其燒結壓力約為362 bar、燒結時間為3小時；若燒結步驟採用SPS，其燒結壓力約為362 bar、燒結時間為3小時；若燒結步驟採用HIP，其燒結壓力約為1750 bar、燒結時間為3小時。

於下表1中，實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材的組成可由aCr-bNi-cTi-dTa-eNb之通式所示；其中，a代表鉻相對於鉻鎳鈦合金靶材之原子總數的含量比例，b代表鎳相對於鉻鎳鈦合金靶材之原子總數的含量比例，c代表鈦相對於鉻鎳鈦合金靶材之原子總數的含量比例，d代表鉭相對於鉻鎳鈦合金靶材之原子總數的含量比例，e代表鈮相對於鉻鎳鈦合金靶材之原子總數的含量比例。

比較例 1 ：鉻鈦鉭合金靶材

依據表1所列之組成，秤取適量平均粒徑約100 μm至200 μm的鉻粉末、平均粒徑約小於80 μm的鈦粉末以及平均粒徑約小於50 μm的鉭粉末，先以手動攪拌方式混合該等粉末後，再置於自動混粉機中並以80 rpm之轉速進行滾動混合60分鐘，隨後依照與實施例相同的製備流程，於燒結後獲得比較例1之鉻鈦鉭合金靶材。

比較例 2 至 9 ：鉻鎳鈦合金靶材

比較例2至9之製備方法與實施例大致相同，其主要不同之處在於，比較例2至9沒有選用具有不同平均粒徑的鉻粉末預先混合，也沒有預先混合鎳粉末以及鈦粉末，而是將各成分粉末先以手動攪拌方式混合後，再置於自動混粉機中並以80 rpm之轉速進行滾動混合60分鐘，隨後依照與實施例相同的製備流程，於燒結後獲得比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材。比較例2至9所選用鉻粉末的平均粒徑約為100 μm至200 μm、鎳粉末的平均粒徑約小於20 μm、鈦粉末的平均粒徑約小於80 μm以及鉭粉末的平均粒徑約小於50 μm。表1：實施例1至11及比較例1至9的靶材組成、第一鉻粉末與第二鉻粉末重量比、所選用燒結製程以及燒結溫度。

組別	靶材組成	第一鉻粉末與第二鉻粉末重量比	燒結製程	燒結溫度 (°C)
實施例1	20Cr-40Ni-20Ti-20Ta	3：7	HIP	1000
實施例2	15Cr-35Ni-25Ti-25Ta	2：8	HP	1100
實施例3	35Cr-35Ni-25Ti-5Ta	4：6	SPS	900
實施例4	25Cr-15Ni-25Ti-35Ta	3：7	SPS	1000
實施例5	15Cr-25Ni-30Ti-30Ta	2：8	HIP	900
實施例6	13Cr-32Ni-22Ti-33Ta	2：8	SPS	1000
實施例7	25Cr-25Ni-25Ti-25Ta	3：7	HP	1100
實施例8	40Cr-20Ni-20Ti-20Ta	4：6	HIP	900
實施例9	35Cr-15Ni-25Ti-25Ta	3：7	HP	950
實施例10	20Cr-30Ni-25Ti-25Nb	3：7	HP	1050
實施例11	20Cr-20Ni-20Ti-20Ta-20Nb	3：7	HP	1100
比較例1	55Cr-20Ti-25Ta		HP	1100
比較例2	30Cr-50Ni-10Ti-10Ta	SPS	1000
比較例3	10Cr-10Ni-40Ti-40Ta	HIP	900
比較例4	25Cr-45Ni-15Ti-15Ta	SPS	950
比較例5	15Cr-15Ni-35Ti-35Ta	HIP	900
比較例6	35Cr-60Ni-2.5Ti-2.5Ta	SPS	900
比較例7	5Cr-5Ni-45Ti-45Ta	SPS	950
比較例8	20Cr-40Ni-20Ti-20Ta	SPS	1100
比較例9	35Cr-15Ni-25Ti-25Ta	HP	1100

分析 1 ：鎳鈦結晶與鉻結晶在 (110) 晶體方向的強度關係

本分析選用實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材作為待測樣品，利用X射線繞射儀(XRD，型號：X-RAY DIFFRACTOMETER，製造商：UltimaIV)分析各待測樣品的結晶型態及鎳鈦相與鉻相在(110)晶體方向的特徵峰強度關係。

具體而言，先以砂紙號數#60、#120、#240、#320、#600、#1000、#1500、#2000、#4000依序研磨各待測樣品，隨後置入XRD機台中，以0.04°之步進角度，於2θ為20°至80°之掃描範圍下進行量測。

以下藉由實施例2之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2及8之鉻鎳鈦合金靶材的結果為例進行說明，其各自的X射線繞射圖譜分別依序如圖1及圖2A至圖2C所示，其中，各圖譜皆以XRD分析軟體—jade進行比對鑑定後，於XRD圖譜下方一併列出不同結晶的標準圖譜。在圖1中，由上至下依序為鎳鈦(NiTi)結晶標準圖譜(卡號為65-0917)和鉻(Cr)結晶標準圖譜(卡號為06-0694)；在圖2A中，由上至下依序為鎳鈦結晶標準圖譜、鉻結晶標準圖譜、鉻鉭(Cr ₂Ta)結晶標準圖譜(卡號為05-0671)、鉭(Ta)結晶標準圖譜(卡號為04-0788)和鈦(Ti)結晶標準圖譜(卡號為44-1288)；在圖2B中，由上至下依序為鎳鈦結晶標準圖譜和鉻結晶標準圖譜；而在圖2C中，由上至下依序為鎳鈦結晶標準圖譜和鉻結晶標準圖譜。

由圖1可見，實施例2之圖譜在2θ為42.361°處可觀察到對應至鎳鈦結晶標準圖譜的特徵峰；而在2θ為44.392°處亦可觀察到對應至鉻結晶標準圖譜的特徵峰，由此可知，實施例2之鉻鎳鈦合金靶材中確實同時具有鎳鈦相及鉻相二者結晶相。

再觀圖2A，由於比較例1之鉻鈦鉭合金靶材中並未添加鎳金屬，因此比較例1之鉻鈦鉭合金靶材不具有鎳鈦相而不會觀察到可對應鎳鈦結晶的特徵峰；而在2θ為44.392°處可觀察到對應至鉻結晶標準圖譜的特徵峰，表示有鉻相存在，此外，另以jade軟體進行比對鑑定後，可得知比較例1之鉻鈦鉭合金靶材中另具有鉻鉭相、鉭相以及鈦相。

再觀圖2B，其結果與實施例2相似，比較例2之圖譜在2θ為42.361°處可觀察到對應至鎳鈦結晶標準圖譜的特徵峰；而在2θ為44.392°處亦可觀察到對應至鉻結晶標準圖譜的特徵峰，由此可知，比較例2之鉻鎳鈦合金靶材中亦同時具有鎳鈦相及鉻相二者結晶相，然而，其與實施例2的圖譜明顯不同之處在於鎳鈦結晶與鉻結晶在圖譜中的特徵峰強度關係。

再觀圖2C，比較例8之鉻鎳鈦合金靶材中雖然有添加鎳金屬，然而在其圖譜中卻沒有觀察到可對應鎳鈦結晶的特徵峰，顯示比較例8之鉻鎳鈦合金靶材中不具有鎳鈦相；而在2θ為44.392°處可觀察到對應至鉻結晶標準圖譜的特徵峰，表示有鉻相存在。

為量化鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度關係，本分析進一步取圖譜中2θ為42.361°處而可對應鎳鈦結晶之特徵峰強度作為分子，取圖譜中2θ為44.392°處而可對應鉻結晶之特徵峰強度作為分母，將二者相除後即獲得鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向之特徵峰強度比值，以評估鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度關係。實施例1至11以及比較例1至9的結果皆列於下表2中並標記為NiTi/Cr值。以實施例2、比較例1及比較例2的結果為例，實施例2之圖譜中對應鎳鈦結晶之特徵峰強度為69、對應鉻結晶之特徵峰強度為34，因此可得實施例2在表2中的NiTi/Cr值為2.03；比較例1之圖譜中由於沒有對應鎳鈦結晶之特徵峰，故不適用於計算二者比值而在表2中的NiTi/Cr值標記為NA；而比較例2之圖譜中對應鎳鈦結晶之特徵峰強度為49、對應鉻結晶之特徵峰強度為135，因此可得比較例2在表2中的NiTi/Cr值為0.36。

分析 2 ：靶材抗折強度

先將實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材於靶材之半徑二分之一處以線割取下尺寸為厚3.5毫米(mm)、寬4.5 mm、長50 mm之樣品共六片，再進一步以砂輪磨床加工將所述六片樣品皆磨製成尺寸為厚3 mm、寬4 mm、長50 mm的試片，隨後置於萬能試驗機(型號：3365，製造商：INSTRON)上以進行三點抗折試驗。具體步驟為將試片放置於三點抗折治具，並以跨距為20 mm、加壓速度為每秒0.008 mm之操作條件，量測試片彎曲至斷裂前的最大荷重，再依照以下算式進行計算：抗折強度 = (3 × 最大荷重 × 跨距) / (2 × 試片寬度 × 試片厚度 × 試片厚度)，以得到六片試片的抗折強度，再進一步取平均後作為實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材的抗折強度，並將結果列於下表2中。

分析 3 ：薄膜表面粗糙度

先將實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材進一步以線割與車床加工後，製得直徑為2英吋、厚度為3 mm的圓形靶材，接著將該靶材置於持續通有50 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute)之氬氣流量、0.01托耳(torr)至0.001托耳之真空度的磁控濺鍍機台(高敦科技所組裝)中，再以200瓦(W)之功率預濺鍍(pre-sputter)該靶材600秒，以清除靶材表面的髒汙，獲得可進行後續濺鍍之待濺鍍靶材。

接著，使該待濺鍍靶材置於通有50 sccm之氬氣流量、10 ^-3torr之真空度的濺鍍環境下，以50 W之功率對直徑為1英吋、厚度為1公分(cm)的玻璃試片進行濺鍍製程以獲得一薄膜，其中，濺鍍時間係依照所測得之鍍率使玻璃試片上之薄膜厚度為20 nm，而濺鍍時的基礎真空度(base vacuum)為10 ^-7torr。

隨後，藉由原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM；型號：DI-3100，製造商：Veeco)對薄膜表面進行掃描分析，其中，探針係選用AppNaNo製造之ACSTA-50，所選用的解析度為：X-Y小於1.0 nm、Z小於0.1 nm，以及所選用的掃瞄範圍為：90 μm×90 μm×6 μm，接著再透過三維粗糙度分析軟體—Digital Instruments Srl計算前述掃描分析所得的資料，以獲得薄膜之表面粗糙度。實施例1至11以及比較例1至9的薄膜表面粗糙度皆列於下表2中。

分析 4 ：薄膜晶相結構

本分析同樣選用實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材、比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材，並且依照與前述相同的方式獲得各組別之薄膜，隨後再藉由X射線繞射儀分析各組別之薄膜的晶相結構。以下藉由實施例2、7及9之鉻鎳鈦合金靶材所製得之薄膜以及比較例1之鉻鈦鉭合金靶材所製得之薄膜為例進行說明，其各自的X射線繞射圖譜一併列於圖3中。

由圖3可見，實施例2、7及9之鉻鎳鈦合金靶材進行濺鍍所得之薄膜皆無法觀察到明顯的特徵峰，表示為非晶的晶相結構，並且與比較例1之鉻鈦鉭合金靶材進行濺鍍所得之薄膜有相似的情況，據此可適用於作為垂直式磁記錄媒體中的附著層。表2：實施例1至11以及比較例1至9之靶材的組成、抗折強度、NiTi/Cr值以及進行濺鍍製成薄膜的表面粗糙度

組別	靶材組成	抗折強度 (MPa)	NiTi/Cr 值	薄膜表面粗糙度 (nm)
實施例1	20Cr-40Ni-20Ti-20Ta	442	1.44	0.31
實施例2	15Cr-35Ni-25Ti-25Ta	440	2.03	0.32
實施例3	35Cr-35Ni-25Ti-5Ta	429	1.11	0.42
實施例4	25Cr-15Ni-25Ti-35Ta	412	1.43	0.33
實施例5	15Cr-25Ni-30Ti-30Ta	395	2.1	0.35
實施例6	13Cr-32Ni-22Ti-33Ta	389	2.97	0.4
實施例7	25Cr-25Ni-25Ti-25Ta	375	1.46	0.37
實施例8	40Cr-20Ni-20Ti-20Ta	351	0.92	0.46
實施例9	35Cr-15Ni-25Ti-25Ta	349	0.56	0.47
實施例10	20Cr-30Ni-25Ti-25Nb	381	1.7	0.38
實施例11	20Cr-20Ni-20Ti-20Ta-20Nb	374	1.3	0.5
比較例1	55Cr-20Ti-25Ta	312	NA	0.96
比較例2	30Cr-50Ni-10Ti-10Ta	288	0.36	0.8
比較例3	10Cr-10Ni-40Ti-40Ta	275	NA	0.76
比較例4	25Cr-45Ni-15Ti-15Ta	279	0.43	0.84
比較例5	15Cr-15Ni-35Ti-35Ta	263	NA	0.81
比較例6	35Cr-60Ni-2.5Ti-2.5Ta	310	NA	0.89
比較例7	5Cr-5Ni-45Ti-45Ta	276	NA	0.83
比較例8	20Cr-40Ni-20Ti-20Ta	264	NA	0.79
比較例9	35Cr-15Ni-25Ti-25Ta	218	0.44	0.92

實驗結果討論

根據各實施例的製作流程並配合表2的結果可知，藉由至少同時採用(1)預先混合不同粒徑範圍的鉻原料、(2)預先混合鎳原料以及鈦原料、(3)控制鎳原料、鈦原料與添加金屬原料的添加量範圍以及(4)控制燒結溫度範圍等技術手段，使所製得之鉻鎳鈦合金靶材能同時兼具以下技術特徵：(I)鎳含量大於或等於15 at%且小於或等於40 at%、(II)鈦含量大於或等於20 at%且小於或等於30 at%、(III)添加金屬的含量大於或等於5 at%且小於或等於40 at%以及(IV)鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值大於0.5，據此，實施例1至11之鉻鎳鈦合金靶材不僅具有抗折強度大於320 MPa之特性，且以其進行濺鍍所製得之薄膜的表面粗糙度皆小於或等於0.5 nm。

反觀比較例1至9皆未同時採用前述技術手段(1)至(4)，因此比較例1之鉻鈦鉭合金靶材以及比較例2至9之鉻鎳鈦合金靶材也未能同時兼具前述技術特徵(I)至(IV)，不僅導致靶材的抗折強度不佳，更會使進行濺鍍所製得之薄膜的表面粗糙度過大，倘若作為磁記錄媒體中的附著層，會連帶使附著其上之層體的表面粗糙度隨之增加，容易造成磁記錄媒體與磁頭發生碰撞而毀損，從而縮短二者的使用壽命。

由此可見，本創作所提供之技術手段能實現提升鉻鎳鈦合金靶材之抗折強度，並同時降低以其濺鍍製得薄膜之表面粗糙度等有益效果，進而適合作為磁記錄媒體中的附著層並且能夠符合現今市場上的需求。

再進一步參看比較例8及9的組別，該等組別之靶材組成皆符合本創作所限定之特定範圍，並且比較例8及9分別於實施例1及9的組成相同，然而，該等組別之靶材在製作過程並未同時採用前述(1)與(2)之技術手段，致使所製得之靶材中不具有鎳鈦相(如比較例8)，或者靶材中雖具有鎳鈦相，但其NiTi/Cr值不在本創作所限定之大於0.5之範圍內(如比較例9)，據此，比較例8及9之靶材的抗折強度分別僅有264 MPa以及218 MPa，而以該等靶材進行濺鍍製得之薄膜的表面粗糙度則分別高達0.79 nm以及0.92 nm，由此可知，即便僅有靶材之NiTi/Cr值不在本創作所限定之範圍中，其仍然無法達到提升靶材抗折強度，並且同時降低以其濺鍍製得薄膜之表面粗糙度的效果。

此外，再觀實施例1至9、實施例10以及實施例11的結果可知，不論選用鉭、鈮或鉭與鈮之組合作為添加金屬，只要添加金屬的含量適當控制在大於或等於5 at%且小於或等於40 at%的特定範圍，該等組別之鉻鎳鈦合金靶材皆能具有提升靶材抗折強度，並且同時降低以其濺鍍製得薄膜之表面粗糙度的效果。

綜上所述，本創作藉由控制鉻鎳鈦合金靶材之鎳含量、鈦含量以及添加金屬含量，且同時控制鉻鎳鈦合金靶材中鎳鈦相與鉻相在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值，從而能夠提升鉻鎳鈦合金靶材的抗折強度，同時，以本創作之鉻鎳鈦合金靶材進行濺鍍所製成的鉻鎳鈦合金薄膜更具有低表面粗糙度的特性，進而適用於垂直式磁記錄媒體中之附著層，藉以提升堆疊其上之層體的平坦度，以有效解決磁記錄媒體與磁頭容易發生碰撞，從而縮短二者使用壽命的問題。

無。

圖1係實施例2之鉻鎳鈦合金靶材的X射線繞射圖譜以及鎳鈦結晶與鉻結晶的標準圖譜。圖2A係比較例1之鉻鈦鉭合金靶材的X射線繞射圖譜以及鎳鈦結晶、鉻結晶、鉻鉭結晶、鉭結晶與鈦結晶的標準圖譜。圖2B係比較例2之鉻鎳鈦合金靶材的X射線繞射圖譜以及鎳鈦結晶與鉻結晶的標準圖譜。圖2C係比較例8之鉻鎳鈦合金靶材的X射線繞射圖譜以及鎳鈦結晶與鉻結晶的標準圖譜。圖3係以實施例2、7以及9之鉻鎳鈦合金靶材與比較例1之鉻鈦鉭合金靶材進行濺鍍所得之薄膜的X射線繞射圖譜。

無。

Claims

一種鉻鎳鈦合金靶材，其包含鉻、鎳、鈦以及一添加金屬；其中，以該鉻鎳鈦合金靶材整體之原子總數為基準，鎳的含量係大於或等於15原子百分比且小於或等於40原子百分比，鈦的含量係大於或等於20原子百分比且小於或等於30原子百分比，該添加金屬的含量係大於或等於5原子百分比且小於或等於40原子百分比；在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5。
如請求項1所述之鉻鎳鈦合金靶材，其中，在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5且小於3。
如請求項1所述之鉻鎳鈦合金靶材，其中，該添加金屬包含鉭、鈮或其組合。
如請求項1所述之鉻鎳鈦合金靶材，其中，該鉻鎳鈦合金靶材之抗折強度係大於320百萬帕。
一種鉻鎳鈦合金靶材的製法，其包含以下步驟：步驟(a)：混合一第一鉻原料以及一第二鉻原料，以獲得一第一混合物，其中，該第一鉻原料的平均粒徑係小於40微米，該第二鉻原料的平均粒徑係大於100微米且小於200微米；步驟(b)：混合一鎳原料以及一鈦原料，以獲得一第二混合物；步驟(c)：混合該第一混合物、該第二混合物以及一添加金屬原料，以獲得一第三混合物；以及步驟(d)：在大於或等於900℃且小於或等於1100℃的溫度下燒結該第三混合物，以獲得該鉻鎳鈦合金靶材；其中，以該第三混合物之原子總數為基準，該鎳原料的添加量係大於或等於15原子百分比且小於或等於40原子百分比，該鈦原料的添加量係大於或等於20原子百分比且小於或等於30原子百分比，該添加金屬原料的添加量係大於或等於5原子百分比且小於或等於40原子百分比；在該鉻鎳鈦合金靶材之縱截面的X射線繞射圖譜中，鎳鈦結晶與鉻結晶在(110)晶體方向的特徵峰強度之比值係大於0.5。
如請求項5所述之製法，其中，在該步驟(a)中，該第一鉻原料與該第二鉻原料的重量比為1：0.5至1：5。
如請求項5所述之製法，其中，該添加金屬原料包含鉭原料、鈮原料或其組合。
如請求項5所述之製法，其中，在該步驟(d)中，燒結壓力係大於或等於350巴且小於或等於1800巴。
一種鉻鎳鈦合金薄膜，其係由如請求項1至4中任一項所述之鉻鎳鈦合金靶材所濺鍍而成。
如請求項9所述之鉻鎳鈦合金薄膜，其中，該鉻鎳鈦合金薄膜之表面粗糙度係小於或等於0.5奈米。