[发明专利]一种兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)材料的准备：

溅射靶材分别为纯度99.99wt％的Cu，99.9wt％的Ta和99.9wt％的Ti，直径均为75mm；衬底材料为柔性的有机PI薄膜，厚度为12.5μm；

2)材料与处理

对Cu、Ta和Ti靶以及衬底材料进行清洗；

3)制备梯度结构Cu金属薄膜

Cu膜总厚度为1.1μm，在Cu膜中引入厚度为1nm的超薄的Ta层，Ta层的间隔距离分别为20nm，50nm，100nm和200nm，靠近衬底的第一层Cu为20nm，其次为50nm，100nm和200nm，即20nm，50nm，100nm和200nm为一个周期，表面为200nm厚的Cu层，整个薄膜中Cu层厚度具有明显的梯度特征；然后两次重复以上梯度结构周期，从而形成包含3个梯度周期的非匀质梯度Cu薄膜，梯度薄膜沉积之前，先在衬底上镀一层3nm的Ti粘结层；

4)退火处理

对梯度结构Cu金属薄膜进行真空退火处理，退温度为300℃，保温1小时，进一步调节晶粒尺寸的分布。

2.根据权利要求1所述的兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，用乙醇和丙酮将有机PI薄膜衬底依次进行20min超声清洗，以除去其表面灰尘和油渍，对Cu、Ta和Ti靶进行20min的预溅射，以除去表面的氧化物杂质。

3.根据权利要求1所述的兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用自下而上(Bottom-up)的直流磁控溅射法，可高精度调控薄膜的梯度结构。

4.根据权利要求1所述的兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，引入热稳定性高的超薄分隔层Ta，溅射功率为100W，速率为1nm/s。

5.根据权利要求1所述的兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)采用的镀膜工艺为，在镀膜之前，先抽本底真空至2.5×10-5Pa，然后通入高纯Ar气，流量为20sccm，通过闸板阀调节真空室真空度为5.0Pa，然后开始气辉；预溅射之后，在将真空度调至约0.8Pa工作压力，进行镀膜；先在衬底上镀一层3nm的Ti粘结层，提高梯度薄膜与衬底的结合力，采用Cu和Ta交替沉积的方式，Cu与Ta的沉积速率均为0.1nm/s；首先开始沉积Cu层，功率为50W，然后沉积超薄的分隔层金属Ta膜，功率为100W，控制其膜厚始终为1nm，每衬底温度均为室温，每一层Cu被Ta层分隔，最终形成Cu金属薄膜。

6.根据权利要求1所述的兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，还包括制备均匀结构Cu金属薄膜，制备了四种不同单层厚度的均匀结构Cu金属薄膜，同样引入层厚为1nm的超薄Ta层，将Cu薄膜分别分隔成均匀的20nm，50nm，100nm和200nm单层厚度，即四种不同单层厚度的均匀结构Cu金属薄膜；采用的工艺与梯度结构Cu金属薄膜的制备工艺一致，用于与梯度结构Cu金属薄膜进行对比。