[发明专利]一种结构涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及涂层电阻材料技术领域，尤其涉及一种结构涂层及其制备方法和应用。本发明提供的结构涂层，包括在基底表面依次层叠设置的钛过渡层和铂铪复合结构层；所述铂铪复合结构层的层数≥3；所述铂铪复合结构层包括依次层叠设置的铪层和铂层。本发明利用铪较高的熔点和较低的电阻率，通过在钛过渡层和铂层之间设置铪层，作为铂层的复合相，有效的提高了结构涂层在受热过程中的再结晶温度，抑制了高温下钛过渡层向金属电阻层(铂层)的扩散问题；通过设置所述铂铪复合结构层的层数≥3，增加了界面强化效应，最终得到一种具备高热稳定性的结构涂层。

技术领域

本发明涉及涂层电阻材料技术领域，尤其涉及一种结构涂层及其制备方法和应用。

背景技术

电热元件作为微型电系统加热源、微型模拟反应釜以及热切割器件等已在多种场合中实现应用。一般为采用金属涂层材料制作的电阻，并通过电阻发热等形式实现。因此，涂层电阻率是影响器件性能的关键参数，与涂层的制备工艺、尺度和材料等有重要关系。特别是当材料结构达到微纳量级，其电阻率不同于常规尺寸材料，因而对于电热元件电阻材料及其涂层特性研究是一项基础内容。

目前常用的涂层电阻材料主要包括铂、钛、铬和镍-铬合金等。基于高温电阻率稳定性好、抗氧化和耐腐蚀的优点，金属铂作为发热源已用于多数涂层电阻。但是，由于铂金属自身惰性，纯铂涂层对半导体和介电衬底的附着力较差，因此，研究者通常会在铂涂层和基体之间插入一层钛涂层作为粘附促进剂。虽然钛的引入能提高涂层结合力，但是由于钛对氧的高度亲和力以及高温下金属再结晶过程中的润湿性，导致铂涂层的隆起小丘状结构的形成，进而引起涂层隆起小丘状结构，从而引起涂层局部不连续，从而使得铂涂层电热元件，如温度传感器或加热器等在500～900℃的温度范围内性能退化，最终导致微器件的功能失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构涂层及其制备方法和应用，所述结构涂层的电阻具有较好的高温稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种结构涂层，包括在基底表面依次层叠设置的钛过渡层和铂铪复合结构层；所述铂铪复合结构层的层数≥3；

所述铂铪复合结构层包括依次层叠设置的铪层和铂层。

优选的，所述结构涂层的总厚度为900～2000nm。

优选的，所述钛过渡层的厚度为140～300nm。

优选的，所述铂层和铪层的厚度比为(20～22)：(7～10)。

本发明还提供了上述技术方案所述的结构涂层的制备方法，包括以下步骤：

在基底表面依次制备钛过渡层和铂铪复合结构层，得到所述结构涂层；

制备所述铂铪复合结构层的过程为在所述钛过渡层表面依次循环重复沉积铪层和铂层，所述循环重复的次数≥3。

优选的，沉积所述钛过渡层的条件为：氩气气体流量为39～41sccm；氩等离子体工作气压为6.0～8.0×10^-1Pa；温度为120～160℃；时间为14～16min；Ti靶功率为220～250W。

优选的，沉积所述铪层的条件为：氩气气体流量为39～41sccm；氩等离子体工作气压为(6.0～8.0)×10^-1Pa；温度为120～160℃；时间为4.5～5.5min；铪靶功率为180～185W。

优选的，沉积所述铂层的条件为：氩气气体流量为39～41sccm；氩等离子体工作气压为(6.0～8.0)×10^-1Pa；温度为120～160℃；时间为7～8min；铂靶功率为180～185W。

本发明还提供了上述技术方案所述的结构涂层或上述技术方案所述的制备方法制备得到的结构涂层在电热元件中的应用。