一种高导电性铝合金薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高导电性铝合金薄膜及其制备方法，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7～2.1μΩ·cm，采用纳米晶铝合金薄膜的制备、纳米晶铝合金薄膜的热处理两个步骤制备得到高导电性铝合金薄膜。与现有技术相比，本发明专利技术通过引入合金元素Sn,采用较为相对简单的加工工艺以及廉价的合金元素，极大的提升了铝合金薄膜的导电性能，可以广泛应用于半导体连接件、液晶显示等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝合金薄膜及其制备方法，尤其是涉及一种高导电性铝合金薄膜 及其制备方法。
技术介绍
高导电性铝合金薄膜在液晶及LED显示、半导体集成电路、电子移动终端设备等 各个行业获得的广泛应用。相较于铜基体组成的薄膜，铝薄膜不仅具有优良的导电性能，且 表面形成的氧化物钝化膜对于电路起到了很好的保护作用。然而，为了提升其热稳定性并 改善表面质量，往往需要添加多种合金元素，这些合金元素又使得薄膜的导电性能下降。虽 然添加某些稀土元素能够有效的避免这一问题，但是这些稀土元素的提纯较为困难，使得 其使用成本较高。因此，开发更为廉价，且有良好导电性能的铝薄膜具有重要的现实意义和 应用价值。 如专利US6387536B1，通过添加Y和Hf制备出适用于半导体电极的的铝合金薄 膜，但其电阻率仍然为6yQcm，且Hf的原料价格十分高昂。专利EP0420594A2中介绍 了用水化烷基铝通过CVD方法制备出适用用电子链接器件的Al-Si合金薄膜，但需要采用 具有毒性的化学物质外，得到的薄膜电阻率高达3. 0-6. 0yQcm。专利US8422207B2通 过采用溅射加退火的方法，从而得到适用于显示器件的A1-合金薄膜。其包含较为昂贵的 稀土元素及贵金属元素，且电阻率约为7.0yQcm。所以虽然关于制备具有高导电性的铝 合金薄膜已经取得了一定进展，但薄膜的电阻率始终较高，主要原因在于合金元素、薄膜表 面、晶粒晶界的作用对于合金中载流子的移动性具有较大影响。开发出廉价且导电性能良 好的导电薄膜，具有很大的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提升了铝合金 薄膜导电性能的高导电性铝合金薄膜及其制备方法。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现： 一种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中 的一种或几种，铝合金薄膜在25°C的条件下电阻率为1. 7~2. 1yD? cm。 铝合金薄膜中Sn的质量百分比含量为2 % -5 %。 铝合金薄膜中X的质量百分比含量为2% -15%。 高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤： (1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn2%~5%的Al-Sn-X靶材，在30~50W 功率下通过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射 气压为0. 45-1. 2Pa，溅射时靶材与基体之间的间距为6-lOcm.溅射时间为5-6min，得到纳 米晶铝合金薄膜； (2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤（1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处 理，控制热处理的温度为400~550°C，时间应为0. 5~1小时，完成后即得到高导电性铝合 金薄膜。 步骤（1)得到的纳米晶铝合金薄膜中晶粒尺寸为10~30nm。 步骤（2)在热处理时最短的热处理保温时间按2. 3minX(薄膜厚度/10nm)计算。 与现有技术相比，本专利技术通过引入合金元素Sn，采用较为相对简单的加工工艺以 及廉价的合金元素，极大的提升了铝合金薄膜的导电性能，可以广泛应用于半导体连接件、 液晶显不等方面。 本专利技术制备得到的高导电性铝合金薄膜中，在铝合金基体表面形成具有非晶态的 氧化铝薄膜，并且利用锡元素对于表面氧化铝的作用，在氧化物中引入大量氧原子空位，从 而使得载流子的移动性大大增强，提升了薄膜的导电性。【附图说明】 图1为实施例1产品的溅射态的衍射结果。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。 实施例1 按照高导电性铝合金薄膜的制备工艺，利用成分为Al-Sn-(Fe，Ni)的合金靶材， 通过磁控溅射的方法得具有纳米晶结构的铝合金薄膜。溅射时工艺如下表： 表1溅射工艺 利用台阶仪测定薄膜的厚度为130nm.利用ICP方法对该薄膜成分进行化学分析， 得到的结果如表2 : 表2派射态错合金薄膜成分 利用掠入式X射线衍衍射对得到的薄膜进行测试，结果如图1。 利用谢乐公式计算晶粒尺寸，结果如表3。 表3晶粒尺寸 对薄膜在450~550摄氏度下进行热处理，热处理时间为1个小时，利用四探针法 对测量其电阻率，得到其电阻率为1. 71yQcm。 实施例2 一种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，本实施例中X为Ni，铝合金薄膜 中Sn的质量百分比含量为2%，Ni的质量百分比含量为2%，铝合金薄膜在25°C的条件下 电阻率为1. 7yD?cm。 高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤： (1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn2%的Al-Sn-X靶材，在30W功率下通 过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为 0. 45Pa，派射时革E材与基体之间的间距为6cm，派射时间为5min，得到晶粒尺寸为10nm的纳 米晶铝合金薄膜； (2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤（1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热处 理，控制热处理的温度为400°C，时间应为0. 5小时，在热处理时最短的热处理保温时间按 2. 3minX(薄膜厚度/10nm)计算，例如，薄膜厚度为130nm,则实际采取的最短热处理保温 时间为2. 3minX(130nm/10nm) = 29. 9min。完成后即得到高导电性错合金薄膜。 实施例3 -种高导电性铝合金薄膜，化学成分为Al-Sn-X，其中X为Zn元素，铝合金薄膜中 Sn的质量百分比含量为5%，Zn的质量百分比含量为15%，铝合金薄膜在25°C的条件下电 阻率为2. 1yD?cm。 高导电性铝合金薄膜的制备方法，采用以下步骤： (1)纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn5%的Al-Sn-X靶材，在50W功率下通 过磁控溅射方法在基体上沉积得到薄膜，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气压为 1. 2Pa，派射时革E材与基体之间的间距为l〇cm，派射时间为6min，得到晶粒尺寸为30nm的纳 米晶铝合金薄膜； (2)纳米晶铝合金薄膜的热处理：对步骤（1)制备的纳米晶铝合金薄膜进行热 处理，控制热处理的温度为550°C，时间应为1小时，在热处理时最短的热处理保温时间按 2. 3minX(薄膜厚度/l〇nm)计算，完成后即得到高导电性铝合金薄膜。【主权项】1. 一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，该铝合金薄膜的化学成分为Al-Sn-X，其中 X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25°C的条件下电阻率为1. 7~ 2. I u Q ? cm〇2. 根据权利要求1所述的一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，铝合金薄膜中Sn的 质量百分比含量为2% -5%。3. 根据权利要求1所述的一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，铝合金薄膜中X的质 量百分比含量为2% -15%。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的高导电性铝合金薄膜的制备方法，其特征在于， 该方法采用以下步骤： (1) 纳米晶铝合金薄膜的制备：利用含Sn 2%~5%的Al-Sn-X靶材，在30~50W功 率下通过磁控溅射在基体上沉积得到薄膜材料，溅射时采用Ar气为工作气氛，控制溅射气 压为0. 45-1. 2Pa，溅射时保持靶材与基板之间的距离为6-lOcm，溅射时间为5-6m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电性铝合金薄膜，其特征在于，该铝合金薄膜的化学成分为Al‑Sn‑X，其中X为Fe、Ni、Zn或Si元素中的一种或几种，铝合金薄膜在25℃的条件下电阻率为1.7～2.1μΩ·cm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵冠楠，严彪，张永，郑增，牛俊超，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31