[发明专利]一种透明导电WC薄膜及其室温生长方法

说明书

本发明公开了一种透明导电WC薄膜，该WC薄膜的基体为非晶态，在非晶态基体中无序分布着高密度的结晶态的WC微晶，WC微晶尺寸约5nm，为六方相结构；WC薄膜可见光透射率高达85%，电阻率低至4.7×10^–3Ωcm；WC薄膜中的W:C的原子百分比为53.1:46.9；透明导电WC薄膜的显微硬度为21GPa。本发明还公开了该WC薄膜的制备方法：采用射频磁控溅射方法，以WC合金为靶材，Ar‑CH₄为工作气体；当反应室抽至本底真空度高于1×10^–4Pa后，通入Ar‑CH₄混合气体，WC薄膜在Ar和CH₄的等离子体气氛中室温生长；在沉积过程中采用汞灯照射衬底，汞灯的波长为185 nm和254 nm。通过等离子体增强和紫外增强的双重作用，提高室温生长WC薄膜的结晶质量。

技术领域

本发明属于碳化物半导体技术领域，尤其涉及一种透明导电WC准晶态薄膜及其室温生长方法。

背景技术

碳化钨（WC）是一种典型的硬质合金材料，为简单六方结构，六方WC直到3049K的温度下都是稳定的。WC具有非常优异的物理和化学性能，如高硬度，高耐磨，热稳定性和化学稳定性好，抗氧化性好，热膨胀系数低，弹性模量高，具有一定程度的塑性，并且WC被大多数粘结相浸润的性能优于其它碳化物，且比其它碳化物韧性好。此外，WC还具有高导热性和高导电性，有利于切削应用。鉴于上述优点，WC作为一种硬质耐磨涂层，广泛应用于国防军工、航空航天、冶金、石化、电力、交通运输、水利、海洋开发等军事和民用工业领域，成为解决重要零部件耐磨耐蚀与防护的关键技术。目前，WC硬质合金涂层的主流制备技术是热喷涂方法，包括：等离子体喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂等。

WC除了作为硬质合金应用外，它还是一种微电子材料，可在微电子领域有广阔的应用前景，如作为微电子器件的扩散阻挡层、透明导电薄膜等。WC薄膜有晶态和非晶态两种，晶态WC具有更好的导热和导电特性，非晶态WC可具有更高的表面平整度和均匀性，二者各具优势，在微电子领域均有较广阔的应用前景。目前，人们对WC的研究和开发主要集中于硬质合金领域，而对WC在微电子和光电子领域的研究很少。

在微电子和光电子领域，物理气相沉积（PVD）是一类广泛应用的生长技术，其中比较典型的是磁控溅射。采用磁控溅射制备WC薄膜，通常，在600℃以上可生长出晶态WC薄膜，低于600℃一般得到的是非晶WC薄膜，室温下生长的为高阻非晶WC薄膜。若能在室温条件下制备出具有优良光电性能的WC薄膜，不仅可以减少工艺过程，节约生长时间和能耗，而且可以拓展WC薄膜的应用领域，如适用于有机聚合物柔性基板等。

基于WC薄膜的研发现状，我们提出一种室温条件下生长WC薄膜的方法，采用磁控溅射方法，制备出在非晶基体上分布有微晶的WC薄膜，不仅具有高表面平整度，而且具有良好的透明导电特性，同时具有硬质合金的特性，还可形成柔性WC薄膜，可在微电子和光电子领域获得广泛应用。

发明内容

本发明的目的是为了拓展WC材料应用领域，提供一种透明导电WC薄膜及其室温生长方法。

本发明提供了一种透明导电WC薄膜，该WC薄膜的基体为非晶态，在非晶态基体中无序分布着高密度的结晶态的WC微晶，WC微晶尺寸约5nm，为六方相结构；WC薄膜可见光透射率高达85%，电阻率低至4.7×10^–3Ωcm；WC薄膜中的W:C的原子百分比为53.1:46.9；透明导电WC薄膜的显微硬度为21GPa。