本发明专利技术涉及一种带有保护层的Zr-Co-Re薄膜吸气剂及其制备方法，本发明专利技术吸气剂由吸气层和保护层组成，吸气层的主要成分为Zr、Co以及稀土元素La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，保护层的主要成分为Ni。本发明专利技术使用脉冲激光沉积镀膜方法制备，在绒面单晶硅上沉积含有保护层和吸气层的双层结构薄膜吸气剂。绒面衬底能增大吸气薄膜有效面积，从而提高吸气速率和吸气量。吸气层表面镀有Ni保护层，Ni对氢具有解离功能，能够提高氢的吸附量，并且保护层能够阻碍氧的吸附，降低激活温度。本发明专利技术可在180~350℃烘烤的过程中实现激活，烘烤后吸气剂在室温条件下具有良好的吸气性能，可用于高真空微电子器件中，消除内部残余气体。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，本专利技术吸气剂由吸气层和保护层组成，吸气层的主要成分为Zr、Co以及稀土元素La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，保护层的主要成分为Ni。本专利技术使用脉冲激光沉积镀膜方法制备，在绒面单晶硅上沉积含有保护层和吸气层的双层结构薄膜吸气剂。绒面衬底能增大吸气薄膜有效面积，从而提高吸气速率和吸气量。吸气层表面镀有Ni保护层，Ni对氢具有解离功能，能够提高氢的吸附量，并且保护层能够阻碍氧的吸附，降低激活温度。本专利技术可在180~350℃烘烤的过程中实现激活，烘烤后吸气剂在室温条件下具有良好的吸气性能，可用于高真空微电子器件中，消除内部残余气体。【专利说明】
本专利技术涉及一种，本专利技术的吸气剂为一种含有Ni保护层的Zr-Co-Re高性能低温激活非蒸散型薄膜吸气剂。
技术介绍
吸气剂是能够通过物理和化学作用有效地吸着某些活性气体分子或固定气氛的制剂或装置的通称，又称消气剂或收气剂。常用吸气材料有钡、锶、镁、钙、钛、锆、铪、钒、钡铝合金或过渡金属与铝或稀土元素的合金或化合物，其中二元合金如Ba-Al、T1-V, Zr-Al等，三元合金如Ba_Al_N1、Zr-V-Fe、T1-Zr-V等。这类材料一般具有很高的活性、低饱和蒸汽压以及大比表面积，对电真空中的残余活性气体如H2、02、N2、CO和CmHn等，具很强的吸附或吸收能力。随着现代精密电子元器件更加微小型化，非蒸散型薄膜吸气材料应用越来越广泛。薄膜吸气剂与块体吸气剂相比较有以下优点:(1)较高的活性比表面积，室温吸气速率大；(2) 250°C飞00°C范围可激活，激活过程与微电子器件封装工艺兼容；(3)尺寸精度高，空间占有率小，可在不同形状衬底上均匀沉积；(4)在封装盖板或内腔附着力好，受振动或冲击时的机械稳定性好；(5)无粉化或松散颗粒现象，在封装环境下热力学稳定；(6)与大多数晶片半导体工艺兼容。薄膜吸气剂可以使用脉冲激光沉积(PLD)方法制备。脉冲激光沉积技术是目前最有前途的制膜技术之一 ，该技术简单且有很多优点。对于薄膜吸气剂来讲，使用PLD方法镀膜，制备出表面颗粒性强，内部为柱状疏松结构的薄膜。这种结构对吸气剂表面吸附气体分子以及气体分子在薄膜内部扩散有着重大的意义。目前存在的薄膜吸气剂主要有Zr-V-Fe薄膜吸气剂、T1-Zr-V薄膜吸气剂等。并且现存的这些薄膜吸气剂主要是使用磁控溅射的方法制备得到的。这类薄膜吸气剂存在以下不足:(1)钒和钒的氧化物有毒性，对人体危害大；(2)吸气剂的激活温度高、激活工艺复杂，对于高精度微电子器件的使用具有一定的局限性；(3)吸气剂在暴露大气的状态下极易被氧化，吸气剂的寿命短。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非蒸散型薄膜吸气剂，含有吸气层和保护层双层薄膜结构，具有免激活的特点并且具有高吸气性能。本专利技术中采用不含钒的合金靶，并且在合金中加入具有高活性的稀土元素。在吸气剂工作过程中稀土元素能够有效的将以氧化态存在的Zr或者Co还原，增大活性表面，提高吸气性能。制备双层结构薄膜，有效降低薄膜表面在工作过程中的氧化度。并且，在本专利技术中使用绒面单晶硅衬底，能够增加薄膜吸气剂表面的有效面积，提高吸气剂的吸气速率和吸气量。本专利技术带有保护层的Zr-Co-Re (稀土)薄膜吸气剂，由吸气层和保护层组成，所述吸气层的主要成分为Zr、Co以及La、Ce、Pr、Nd这四种稀土元素中的一种或几种，保护层的主要成分为Ni。薄膜吸气剂的吸气层中，Zr的质量含量为68~88%，Co的质量含量为10~24%，La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种的质量含量为2~10%。上述组分的质量百分比之和为100%。薄膜吸气剂的保护层中，Ni的质量含量为99.5%。薄膜吸气剂的吸气层是一种疏松柱状结构，柱状结构之间存在界面和孔隙，柱状结构的直径在20~50nm。吸气层的厚度为300nm~1μ m。薄膜吸气剂的保护层是一种疏松的颗粒状结构，颗粒间存在大量缝隙，可进一步增大薄膜比表面积，并且有利于气体分子的吸附和扩散。保护层的厚度为20~100nm。本专利技术的薄膜吸气剂的激活温度低，能够在180~350°C烘烤后直接实现表面激活，具有良好的吸气性能，激活后对H2、CO、02、N2、等活性气体有很高的吸气速率和吸气量。本专利技术中吸气层对除惰性气体外的H2、02、N2、CO、CO2和CmHn等气体有良好吸收能力。并且吸气层上面的保护层对氢原子有选择性吸附功能，并且能够对吸气层起到保护作用，大大减少O2对吸气层的氧化。本专利技术同时提供一种上述薄膜吸气剂的制备方法。本专利技术使用脉冲激光沉积(PLD)在绒面单晶硅表面沉积一层气体吸收层，并且在吸收层表面沉积一层保护层，制备双层结构的吸气薄膜。本专利技术中的双层结构薄膜吸气剂如图1所示，在基片1上镀吸气层2，在吸气层2上镀保护层3。PLD制备方法能够使薄膜表面颗粒性增强、薄膜内部结构疏松并且得到的薄膜成分与靶材成分的一致性高(薄膜的成分比例与镀膜过程中使用靶材的成分比例完全一致)。本专利技术使用PLD镀膜技术，有效改善薄膜的表面和内部结构，更有利于气体分子的吸附以及在材料内部的扩散。本专利技术制备薄膜吸气剂的衬底是绒面单晶硅。普通单晶硅经化学溶液腐蚀，表面成金字塔型绒面，这种粗糙结构的衬底有利于沉积过程中蒸散粒子在衬底表面的形核，并且沉积结束后，薄膜的表面也会由于衬底的原因而形成凹凸不平的表面形貌，形成较大的有效吸气面积。本专利技术中采用具有大比表面积的绒面单晶硅衬底，在衬底表面沉积气体吸收层，并在吸气层表面沉积保护层，绒面单晶硅衬底提高了薄膜吸气剂的有效表面积。本专利技术带有保护层的Zr-Co-Re薄膜吸气剂的制备方法，包括如下步骤:(1)依次使用丙酮、酒精、去离子水超声波清洗单晶硅片，硅片清洗后使用高纯氮吹干；(2)配制硅片腐蚀溶液，腐蚀溶液为NaOH和异丙醇的水溶液，其中NaOH含量为r5wt.%，异丙醇含量为2~10wt.%，使用恒温加热炉将溶液加热至7(T10(TC并保持恒温，将步骤(1)准备的清洗干净的硅片放入溶液中腐蚀3(T100min，硅片取出后冲洗干净，用高纯氮吹干；(3)将步骤(2)制备的衬底以及与吸气层成分相同的合金靶材一起放入脉冲激光沉积的沉积室内，抽真空并向沉积室内冲入高纯氩气，使用脉冲激光烧蚀合金靶材，沉积制备吸气层；(4)在步骤(3)制备的吸气层上用同样的方法沉积保护层，使用脉冲激光烧蚀镍靶材，沉积制备保护层。步骤(1)中，依次使用丙酮、酒精、去离子水超声波清洗单晶硅片各l(T20min。步骤(2)中，所述的腐蚀溶液中，NaOH含量为I~3wt.%、异丙醇含量为6~9wt.%，将溶液加热至8(T90°C并保持恒温，将清洗干净的硅片放入溶液中腐蚀4(T70min。步骤(3)中，制备吸气层时，将PLD的沉积室抽真空，当真空度达到I X 10^1 X 10_3Pa时，向沉积室内冲入纯度为99.99%的高纯氩气，氩气压强范围为I X 10_4~15Pa，压强稳定后打开脉冲激光，激光能量为10(T500mj，激光频率为2~6Hz，靶基距为4~8cm,祀材预派射10~20min,薄膜沉积时间为100~300min。优选的，脉冲激光的能量为30(T400mj，频率为5~6Hz，靶基距为5~6cm，氩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有保护层的Zr‑Co‑Re薄膜吸气剂，由吸气层和保护层组成，其特征在于：所述吸气层为Zr、Co以及稀土元素La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，保护层为Ni。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：毛昌辉，田士法，张心强，朱君，崔航，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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