[发明专利]一种射频磁控溅射制备纳米铝膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝膜制备技术领域，尤其涉及一种射频磁控溅射制备纳米铝膜的方法。

背景技术

自上世纪七十年代以来，薄膜技术与薄膜材料得到突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果，并已成为当代真空科学与技术和材料科学中最活跃的研究领域，在高新技术产业中具有举足轻重的作用。薄膜技术和薄膜材料己经渗透到现代科技和国民经济的各个重要领域，随着薄膜科学技术与薄膜物理学的发展，薄膜在航空航天、医药、能源、交通、通信和信息等领域的应用日益广泛，而薄膜产业的日益壮大又刺激了薄膜技术和薄膜材料的蓬勃发展。薄膜材料中的纳米铝膜具有优良的力学性能、良好的耐腐蚀性能以及润湿性好，良好的耐腐蚀性、附着性、反射性及漂亮的银白色外观，在半导体器件、大规模集成混合电路、日常用品及建筑材料装饰有着广泛的应用；另外纳米铝薄膜晶粒细小、分布均匀，具有很好的应力协调能力，使整个涂层保持良好的粘着形式，经常被用于多层薄膜底层或中间层，用于提高整个膜基系统的性能；再者铝的含量丰富价格便宜，制造成本低，应当广泛推广廉价而耐用性能优良的纳米材料，将其广泛的应用与工业实际生产中。从对纳米金属材料的研究现状来看，国际和国内多数研究者对纳米Al薄膜进行了一系列的研究，然而并不能彻底解释纳米Al薄膜的生长成核机制和微观结构性能的影响因素。溅射电流及功率的变化、工作压力和溅射时间对纳米铝膜形貌、显微力学性能、防腐蚀性能的影响。结果表明：适当降低氩气压力，提高溅射电流，可改善镀层质量，通过镀膜时间的延长，溅射原子由表及里迁移时间增大，膜层得到一定程度的密实化。用原子力显微镜(AFM)在直流溅射和射频溅射制备铝膜的表面粗糙度及颗粒大小进行了分析比较。在直流溅射条件，随着溅射功率的增大，沉积速率加快，导致表面粗糙和晶粒尺寸增大；在射频溅射条件下，随着时间的延长，制出的薄膜表面粗糙度升高和颗粒尺寸变大。在Si(001)基片上不能形成单晶铝膜，而在Si(111)基片上，当基片温度为473K，Al膜厚度达到500nm时，通过748K退火处理后可以得到铝单晶膜。用直流溅射发研究了铝膜中间层的制备，结果表明，基底的表面粗糙度直接关系到Al膜的晶粒尺寸分布和表面粗糙度。采用射频磁控溅射法在AZ31镁合金表面制备Al膜层，结果表明：制备的膜层提高了AZ31表面的力学性能，随着靶功率的增加，沉积速率也随之增加，但膜层表面粗糙度增大和膜结构变得疏松。目前在射频磁控溅射镀Al膜的制造和涂层设计工艺上，国内外都没有成系统的完整的理论实验指导。现打算提高纳米Al薄膜的性能，而性能又取决于组织结构，而组织结构又受到沉积过程的工艺参数控制，所以本实验要主要目的为利用工艺参数的改变，解释Al薄膜表面形貌的规律，得出不同工艺参数下纳米铝膜的沉积速率。因此此专利通过实验得出各种工艺参数对射频磁控溅射制备纳米Al膜的影响，指出其单独的影响和相互联系制约的关系。通过对制备工艺参数的优化来得到膜质优良的薄膜。据国内外报道显示，利用磁控溅射法制备的薄膜沉积速率较低，膜厚通常不超过1μm，但申请人在利用射频磁控溅射制备Al膜时，采用不同的工艺参数溅射十分钟时发现，薄膜厚度为3.7-12.1μm，这说明工艺参数对薄膜沉积速率有着较大的影响，此次试验制备时沉积速率较高，同时申请人利用X射线衍射仪分析制备出的薄膜的晶体类型，薄膜出现非晶铝膜和多晶铝膜两种类型。目前制备铝涂层的方法多种多样，主要有热喷涂铝涂层、电镀铝、轧制铝箔和磁控溅射镀铝膜等。热喷涂会使铝材料原始特性发生变化，不适合在非耐高温基体制备，涂层结合力较低、孔隙率较大、均匀性较差。电镀法制备的铝涂层膜厚不均匀，选择的电镀位置误差较大，且电镀会造成环境污染问题。轧制生产的纯铝箔会产生织构，严重影响力学性能，无法与纳米结构的纯铝材料相比较。基于现有技术存在的缺点，选用磁控溅射技术制备铝薄膜，磁控溅射技术工艺环保没有污染性废气产生、沉积温度较低不会改变基底尺寸，制备得到的膜层比较致密，膜基结合力好，可以在大面积基底上沉积涂层。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的纳米铝膜制备方法存在膜层与基体结合能力差，薄膜孔隙率高且均匀性差和传统制备工艺耗能大且对环境产生较大的污染。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种射频磁控溅射制备纳米铝膜的方法。

本发明是这样实现的，一种射频磁控溅射制备纳米铝膜的方法，所述射频磁控溅射制备纳米铝膜的方法使用显微载玻片作为基片，射频溅射方式制备铝膜；负偏压20-60V，射频功率100-150W，工作气压0.7-0.9Pa。