[发明专利]一种Ni‑Zn‑N薄膜阻挡层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极制备领域，具体涉及一种Ni-Zn-N薄膜阻挡层及其制备方法。

背景技术

NTC(Negative Temperature CoeffiCient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料，该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数(NTC)的热敏电阻。NTC热敏电阻作为一种常见的电阻广泛的应用于工业生产中，常用的生产电极的方法包括金属化，即在基片上沉积导电金属薄膜的过程。通常进行金属化需要在基片表面层叠两种金属薄膜：阻挡层和导电层，其中阻挡层位于导电层和基片之间，导电层与基片在长时间作用后会产生互相扩散的现象，导致热敏电阻电极的性能退化甚至失效，而阻挡层的主要作用就是防止导电层与基片之间的扩散现象。

传统的阻挡层如钛钨(TiW)和氮化钛(TiN)一般用作铝和硅之间的阻挡层，而铜作为一种在硅和二氧化硅中具有高扩散率的金属，其对阻挡层的要求显然要比铝更高。传统的阻挡层金属对铜来说阻挡作用不够，在铜作为导电层的情况下，其阻挡层需要具备阻止铜扩散并兼顾铜的导电性能，即阻挡层必须具有较小的电阻，较高的欧姆接触性能，同时阻挡层的厚度必须很薄，最好小于70nm。

CN105006316 A公开了一种陶瓷热敏电阻器真空溅射电极及其制造方法，该专利公开的阻挡层虽然具有良好的稳定性能，但厚度在4000～5000nm，显然过厚的阻挡层会影响电极的导电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ni-Zn-N薄膜阻挡层及其制备方法，该阻挡层能够在防止铜向硅基片扩散的同时兼顾良好的稳定性能和导电性能，且阻挡层薄膜厚度远低于现有技术，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Ni-Zn-N薄膜阻挡层，所述阻挡层按质量百分比计，其中Ni-Zn合金占60％～85％，余下成分为Zn₃N₂和Ni₃N₂，占15％～40％。

优选的，按质量百分比，所述阻挡层中Zn₃N₂：Ni₃N₂＝(36～54):(46～64)。

优选的，所述阻挡层的厚度为3.5～6nm。

一种Ni-Zn-N薄膜阻挡层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)选用市售硅片作为基片，对基片进行超声清洗、干燥；

步骤2)将步骤1)所述基片置于磁控溅射仪中，采用PVD工艺对基片进行磁控溅射，采用Ni-Zn合金作为靶材并加载直流功率，采用氩气作为溅射气体并调节气压，再通入氮气，沉积后制得Ni-Zn-N薄膜阻挡层。

优选的，步骤2)所述直流功率为10～50W，通入氩气的气体流量为30～80sccm，调节气压至0.2～0.5Pa，通入氮气的气体流量为60～100sccm，沉积时间为3～5h。

优选的，步骤2)所述直流功率为20W，通入氩气的气体流量为50sccm，调节气压至0.3Pa，通入氮气的气体流量为80sccm，沉积时间为4h。

本发明的技术方案，其有益效果如下：

1、阻挡层与现有技术相比，稳定性能有显著提高。不易受温度变化影响，耐湿性能优异，不易受水汽侵蚀，制备出的电极使用寿命较常规电极有显著提高。

2、阻挡层薄膜厚度均小于70nm，远低于常规的阻挡层。

3、导电性能与传统Ag电极相当，并未产生铜扩散现象导致的电极电性能下降。

4、制备方法采用常规的PVD(Physical Vapor Deposition)物理气相沉积技术，工艺简单，易于操作，制备成本低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

1、选用二氧化硅为主材料的硅片作为基片，将基片用盐酸溶液(盐酸：双氧水：去离子水体积比＝1:1:5)超声清洗10min，再用氨水溶液(氨水：双氧水：去离子水体积比＝1:1:5)超声清洗10min，最后用去离子水清洗，置于50℃干燥箱中干燥30min。