[发明专利]一种氧化铝薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝薄膜的制备方法，属于表面工程技术领域。

背景技术

Al₂O₃薄膜是一种重要的功能薄膜材料，由于具有较高的介电常数、高热导率、抗辐照损伤能力强、抗碱离子渗透能力强以及在很宽的波长范围内透明等诸多优异的物理、化学性能，使其在微电子器件、电致发光器件、光波导器件以及抗腐蚀涂层等众多领域有着广泛的应用。

Al₂O₃薄膜的制备方法有很多种，如：磁控溅射、离子束辅助沉积(IBAD)、脉冲激光沉积(PLD)、电子束物理气相沉积、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)和溶胶-凝胶(Sol-Gel)等。脉冲反应磁控溅射因可以在大面积范围内保持薄膜的均匀性，并能有效地解决制备介质膜如Al₂O₃膜时的放电效应，成为研究的热点。但是，脉冲反应磁控溅射方法制备Al₂O₃薄膜时受到迟滞现象的影响，在基底不加热且靶材处于金属态的情况下无法得到完全化学计量比的Al₂O₃薄膜，只有在采用基底加热(500℃以上)或在靶材中毒的情况下镀制纯Al₂O₃薄膜，无法实现薄膜的低温、快速沉积，这限制了柔性聚合物基底上化合物薄膜的制备与应用。离子束辅助沉积技术可以在低衬底温度下合成化合物薄膜，所制备的薄膜具有膜基结合强度高、薄膜密度大等特点，在结构薄膜材料和功能薄膜材料制备方面均有广泛的应用。在传统的IBAD方法中，氧化物薄膜的制备一般采用Ar离子辅助的电子束蒸发沉积方法。这一方法的沉积速率低、薄膜成分难于控制。因此，急需开发一种新的制备方法，来降低沉积温度、提高沉积速率。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术中氧化铝薄膜沉积温度高和金属靶材中毒导致沉积速率低的问题，而提供一种实现高质量氧化铝薄膜低温、快速制备的方法，该方法所选用基底可推广应用于柔性聚合物薄膜，大大拓展氧化铝薄膜的应用范围。

一种氧化铝薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将柔性聚合物薄膜基底放在真空室内，对真空室抽真空至真空室内压强≤2.0×10^-3Pa；

(2)用离子源对基底进行氩离子轰击处理，提高镀制膜层的附着力；其中氩气流量为15sccm，离子束放电电压为280V，离子束电流为1A；

(3)采用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术沉积氧化铝薄膜，靶源为铝靶，工艺参数如下：

工作气体        氩气流量为8～15sccm；

                离子源氧气体积分量为86％～89％；

工作气压        0.3～0.5Pa；

离子源电压      300～500V；

离子束电流      0.85～1A；

Al靶溅射功率    400～600W；

溅射脉冲频率    20～25KHz；

其中，所述氩气和氧气为纯度为99.99％的高纯气体。

优选所述基底为膜厚为25～125微米的聚酰亚胺膜。

有益效果

本发明通过氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术，可以利用氧离子高的化学活性以及离子的动能对表面吸附、解离以及扩散作用的增强而降低沉积温度，同时解决靶中毒现象提高沉积速率，进而达到氧化铝薄膜的低温、快速制备。沉积过程中基底一直保持室温，避免了高温对柔性聚合物薄膜基底的损害。可以在柔性聚合物基底上实现高质量氧化铝薄膜的快速沉积，配以相应的柔性衬底卷绕设备，即可实现大面积连续化沉积。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明所述的技术方案进行详细的说明。

实施例

一种氧化铝薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将50μm厚的聚酰亚胺薄膜基底放在真空室内，对真空室抽真空至真空室内压强为2.0×10^-3Pa；

(2)用离子源对基底进行氩离子轰击处理，提高镀制膜层的附着力；其中氩气流量为15sccm，离子束放电电压为280V，离子束电流为1A；

(3)采用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术沉积氧化铝薄膜，过程和工艺参数如下：