高性能金钒合金材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高性能金钒合金材料及其制备方法和应用，该合金主要被应用于硅微波功率晶体管中金属化系统的制备等。该金钒合金中V为0.1‑9.9wt％，Au为余量。配料后，用加装有电磁控制的高频感应真空炉设备，并在熔炼过程中开启磁控搅拌，使金属钒充分熔化；向炉体内充氩气；停止加热，将金属熔液浇铸至铸铁模具中，随炉冷却，取出，得到钒含量较高的中间合金锭；将得到的金钒中间合金再用相同的方法与金一起熔化、精炼，得到含钒量较低的金钒合金。用该合金再经过拉拔、轧制、热处理工序，得到丝材、靶材和带材。本发明专利技术金钒中间合金具有较高钒含量，且误差范围小，钒含量均匀；满足硅微波功率晶体管中金属化系统制备的要求。

High Performance Au-V Alloy Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
高性能金钒合金材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种金基合金及其制备方法，特别涉及一种高性能金钒合金材料及其制备方法和应用。该合金是在金中添加元素钒，形成金钒合金材料。该合金主要被应用于硅微波功率晶体管中金属化系统的制备。
技术介绍
由于金钒合金材料具有高导电性、抗电腐蚀性能好的特点，主要用于P.L.S.波段硅功率晶体管的金属化。由于该材料具有良好的性能，还可推广到其它应用领域，如电视接收机行扫描电路、示波器偏转电路、高压开关电路等，或做成镀膜用的金钒合金线材，其具有广泛的应用前景。功率晶体管是双极型功率晶体管的简称，其主要特点是功率耗散大。制造功率晶体管用的半导体材料多为单晶硅(也有用锗或砷化镓的)，器件的芯片通常装在散热良好的金属块上。功率晶体管往往做成功率集成器件，其一个器件的芯片上就含有数个乃至上万个并联的晶体管单元。为了达到这些要求，在工业生产中必须采用电子束制版、光刻、离子注入、等离子干法腐蚀及淀积、磁控溅射、多坩埚电子束蒸发、完美晶片加工技术、多层金属化系统、内部网络匹配及功率合成等新工艺和新技术。在硅微波功率晶体管的研制中，惯用的单一铝系统已难以满足要求，较多的应用了金系统。金作为导电层，电导率高，抗电迁移能力强，而且在非常高的频率下工作，Au可以为其元件之间提供非常低阻的直流与射频连接，防止过大电压降及过热，另外，Au的良好光泽使制备过程中的检测更容易，低于0.2μm宽度的布线可以分辨。金与钒所形成的金钒合金电阻值低(〈20μΩ·cm)，电阻温度系数为负值。金属钒的添加对Au电阻率的影响很大，1.3at％的V加入Au可使电阻率提高10倍，电阻温度系数减小100倍。本专利技术研制出的金钒合金材料就是用于其中金属化系统的制作，是接触电阻低且稳定性好的金属化系统关键材料，使器件得到良好的电性能并保证长期可靠工作。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种含钒量较高的金钒中间合金及其该金钒中间合金材料的制备方法，其利用独特的真空磁控掺杂技术，能够将较高熔点的钒均匀地加入到金中，解决了合金中钒元素添加难、成分易偏析的问题。本专利技术的另一目的是提供一种金钒合金及其制备方法和应用，将含钒量较高的金钒中间合金与金一起熔化精炼，制备得到金钒合金材料。本专利技术的金钒合金材料可用于其中金属化系统的制作。本专利技术的再一目的是提供一种金钒合金靶材及其制备方法和应用，该靶材可用于硅微波功率晶体管中的金属化材料，制备的功率晶体管作为电子行业中的关键元器件被广泛应用。本专利技术研制出的金钒合金靶材，将填补国内高性能N-掺杂用靶材产品的空白，为我国新材料产业增添了一种新产品，保证了国防工业的需要，摆脱外国对我国的封锁，促进了我国新材料及微电子等相关行业的迅速发展，提升电子装备的综合性能，满足我国的军事或商业用途。本专利技术的又一目的是提供一种金钒合金丝材及其制备方法和应用，该丝材料可作为蒸镀材料被广泛应用于电子行业。本专利技术研制出的金钒合金丝材，作为一种蒸镀材料可以实现电子器件的欧姆接触，具有广泛的应用前景。通过本专利技术可以实现关键材料、关键元器件国产化，摆脱外国封锁，满足国防重点工程的急需。为实现上述目的，本专利技术采取以下设计方案：一种金钒中间合金，其成分组成及各组分质量百分比为：V：5～10％，Au：余量。对金钒中间合金的基础要求是把钒添加到金中，中间合金的范围为含钒5％～10％，保证中间合金成分的均匀性。一种金钒中间合金的制备方法，采用真空磁控掺杂技术制备，包括如下步骤：1)按照V的质量百分数为5～10％，Au为余量，对金属钒、金进行计算、称重；2)采用加装有电磁控制的高频感应真空炉设备，按金、钒的顺序先后放入套有石墨的氧化锆坩埚中，然后盖好上炉盖，抽真空；3)升温；4)待金全部熔化后，保持功率数值不变，开启磁控搅拌，使金属钒充分熔解；5)控制炉内的温度变化，使其不低于1500℃，静置3-10分钟，精炼熔体，使其更加均匀，向炉体内充氩气；6)停止加热，将金属熔液浇铸至铸铁模具中，随炉冷却至50℃以下，取出，得到钒含量较高的中间合金锭。步骤1)中，金的纯度为高纯99.999wt％(5N)。步骤3)中，快速升温，将功率设定为设备额定功率的70％-80％，目的是快速升温。步骤4)中，磁控搅拌时，搅拌速度为200-300r/min，搅拌时间为5-15分钟。一种金钒合金材料，其成分组成及各组分质量百分比为：V：0.1～9.9％，Au：余量。优选的，上述金钒合金中，V的质量百分比为0.1-5％；更优选为V的质量百分比为0.1-3％。一种金钒合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备含钒量较高的金钒中间合金；优选的，金钒中间合金中，V的质量百分比为5～10％，Au为余量；(2)将含钒量较高的金钒中间合金与金一起熔化精炼，制备得到金钒合金铸锭。上述方法中，步骤参照所述的金钒中间合金的制备方法中步骤2)-步骤6)的方法进行熔化精炼，具体步骤包括：a)采用加装有电磁控制的高频感应真空炉设备，按金、金钒中间合金的顺序先后放入套有石墨的氧化锆坩埚中，然后盖好上炉盖，抽真空；b)升温；c)待金全部熔化后，保持功率数值不变，开启磁控搅拌，使金钒中间合金充分熔解；d)控制炉内的温度变化，使其不低于1500℃，静置3-10分钟，精炼熔体，使其更加均匀，向炉体内充氩气；e)停止加热，将金属熔液浇铸至铸铁模具中，随炉冷却至50℃以下，取出，得到金钒合金材料铸锭，所述金钒合金材料铸锭可为板材或棒材。步骤a)中，金的纯度为高纯99.999wt％(5N)。步骤c)中，快速升温，将功率设定为设备额定功率的70％-80％，目的是快速升温。步骤d)中，磁控搅拌时，搅拌速度为200-300r/min，搅拌时间为5-15分钟。步骤e)中，金钒合金材料板材的厚度可为2-30mm，宽度40-120mm，棒材直径为Φ5-100mm。一种金钒合金的靶材、带材或丝材，由所述的金钒合金材料组成，即含有质量百分比为0.1～9.9％的V，余量为Au。上述金钒合金的靶材、带材或丝材的制备方法，包括将金钒合金材料铸锭通过拉拔、轧制和/或热处理工艺加工成丝材、带材和靶材，如用本专利技术金钒中间合金添加到金中，再通过压力加工-机加工工序可得到金钒合金靶材，用本专利技术金钒中间合金添加到金中，再通过拉拔-热处理工序可加工成金钒合金丝材。具体方法包括如下步骤：A.先制备含钒量较高的金钒中间合金，再将金钒中间合金与金一起熔化精炼，制备得到含有质量百分比为0.1～9.9％的V的金钒合金铸锭，铸锭为板材或棒材；B.将制备的金钒合金板材(厚度为2-30mm，宽度40-120mm)通过轧制-热处理-机加工工艺加工得到金钒合金靶材，钒含量均匀，个点偏差小，组织致密性满足靶材的要求；或者通过轧制-热处理工艺得到金钒合金带材，带材尺寸厚度为0.03-1.5mm，宽度60-110mm；或者，将制备的金钒合金棒材(直径为Φ5-100mm)通过拉拔-热处理或孔轧-热处理加工工艺得到金钒合金丝材，丝材直径为Ф0.2-1.0mm，优选的，丝材中V的质量百分比为1％-3％。通过拉拔至成品尺寸规格，退火间加工率为60～70％。本专利技术制备方法可保证制备的金钒合金达到钒含量精准，误差小、成分均匀的要求。使用该合金材料加工出来的含有微量钒元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金钒中间合金，其特征在于：按质量百分比计，V为5～10％，Au为余量。

【技术特征摘要】
1.一种金钒中间合金，其特征在于：按质量百分比计，V为5～10％，Au为余量。2.一种金钒中间合金的制备方法，采用真空磁控掺杂技术制备，包括如下步骤：1)按照V的质量百分比为5～10％，Au为余量，对金属钒、金进行计算、称重；2)采用加装有电磁控制的高频感应真空炉设备，按金、钒的顺序先后放入套有石墨的氧化锆坩埚中，然后盖好上炉盖，抽真空；3)升温；4)待金全部熔化后，保持功率数值不变，开启磁控搅拌，使金属钒充分熔解；5)控制炉内的温度变化，使其不低于1500℃，静置3-10分钟，精炼熔体，使其更加均匀，向炉体内充氩气；6)停止加热，将金属熔液浇铸至铸铁模具中，随炉冷却至50℃以下，取出，得到中间合金锭。3.如权利要求2所述的金钒中间合金的制备方法，其特征在于：金的纯度为高纯99.999wt％；升温时，将功率设定为设备额定功率的70％-80％；磁控搅拌时，搅拌速度为200-300r/min，搅拌时间为5-15分钟。4.一种金钒合金材料，其特征在于：按质量百分比计，V为0.1～9.9％，Au为余量。5.如权利要求4所述的金钒合金材料，其特征在于：V的质量百分比为0.1-5％；或者，V的质量百分比为0.1-3％。6.如权利要求4或5所述的金钒合金材料的制备方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怡兰，章明溪，史秀梅，宋文杰，李艳涛，韩鹏，
申请(专利权)人：北京有色金属与稀土应用研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11