[发明专利]一种磁控溅射制备合金纳米薄膜的方法

说明书

本发明公开了属于磁控溅射技术领域的一种磁控溅射制备合金纳米薄膜的方法，包括：将溅射用金属加工成形状规格相同的金属薄片，清洗干燥；将金属靶材安装在溅射靶枪上，调整靶枪角度，采用预溅射或划刻增大表面的摩擦力；将金属薄片放置在靶材上，根据合金纳米薄膜中金属元素的比例初步计算金属薄片的数量；按照磁控溅射仪的单靶溅射步骤在硅基片上沉积合金纳米薄膜并进行成分分析测试，对比实际与理论元素成分，调节金属薄片的数量。本发明采用单个金属靶材溅射的方法避免磁控共溅射中多靶共溅射过程中互相干扰，产生靶材灭弧现象，以及单靶合金靶材溅射过程中原子间碰撞拥挤，制备的合金纳米薄膜成分均匀、稳定，并且节约成本，效率大幅提高。

技术领域

本发明属于磁控溅射技术领域，尤其涉及一种磁控溅射制备合金纳米薄膜的方法。

背景技术

在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的纳米薄膜材料得到了广泛的应用，纳米薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。纳米薄膜的制备方法可分为化学方法和物理方法两大类，有磁控溅射和粒子束溅射沉积等物理方法；溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、化学气相沉积(CVD)和电沉积法等化学方法。其中磁控溅射制备合金纳米薄膜是最常见也是性能最好的一种制备方法。

通常利用磁控溅射制备合金纳米薄膜有两种工艺方法，一种是利用合金靶材溅射合金纳米薄膜，一种方法是利用不同金属靶材通过磁控共溅射的方法溅射合金纳米薄膜，但是通过两种方法制备合金纳米薄膜都有其各自的缺点。通过合金靶材制备成分比例一定的合金纳米薄膜时，由于溅射过程中出现原子之间的碰撞拥挤，导致合金薄膜的成分与实际靶材成分偏离较大，需要选择多种不同成分比例的合金靶材通过实际溅射，测试纳米薄膜成分选择合适比例的合金靶材，这种工艺既浪费时间又增加成本；另一种方法是利用不同金属靶材通过磁控共溅射的方法溅射合金纳米薄膜，但是这种方法在工艺上难以把控，经常出现不同合金靶材在溅射过程中，由于不同靶枪辉光放电过程中出现互相干扰，导致一种靶材灭弧现象，既影响工作效率，又使制备的纳米薄膜成分出现偏差，影响薄膜的质量。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种磁控溅射制备合金纳米薄膜的方法，包括以下步骤：

1)将溅射用金属加工成形状规格相同的金属薄片；

2)对溅射用金属靶材和金属薄片分别利用丙酮和酒精进行超声清洗，然后用氮气吹干放置使用；

3)将吹干的金属靶材安装在溅射靶枪上，调整靶枪的角度，靶枪与水平面的角度为60°,采用预溅射或划刻的方法增大靶材表面的摩擦力，保证靶材上放置金属薄片不脱落；

4)将洗干净的金属薄片放置在步骤3)安装好的金属靶材上，根据需要溅射的合金纳米薄膜中金属元素的比例、实际溅射速率和溅射面积初步计算金属薄片的数量；相同功率条件下，计算所得金属薄片数量L满足公式：其中，金属靶材与金属薄片的溅射速率分别V₁、V₂，合金纳米薄膜中不同金属元素原子比为A₁/A₂，金属靶材与金属薄片的表面积分别为S₁、S₂，溅射过程中，金属靶材表面有效溅射面积大约为3/4靶材表面积；

5)按照磁控溅射仪的单靶溅射步骤在硅基片上沉积合金纳米薄膜；

6)将步骤5)沉积的合金纳米薄膜进行成分分析测试，对比合金纳米薄膜的实际测试成分与理论溅射成分，根据实际测试成分进行调节金属薄片的放置数量；

7)重复上述步骤4)、5)和6)，通过对金属薄片数量的调节和合金纳米薄膜成分测试，确定最终的金属薄片放置数量和位置，制备合金纳米薄膜。

所述步骤1)中金属为合金纳米薄膜元素中的非靶元素金属，金属薄片的边长为2～5mm。

所述步骤2)中超声时间为5～10分钟。