恆電阻率薄膜材料及其製備方法

2023-12-03 07:28:51 1

專利名稱：恆電阻率薄膜材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種電阻材料，特別涉及一種恆電阻率薄膜材料及其製備方法。
背景技術：
熱穩定性是電子器件製作及其應用的重要課題。其中電阻在一定溫區內的恆阻特性使其在航天電子工業、溫度變化較大的環境等方面具有十分重要的應用前景。電子器件內材料的電阻，容易受周圍工作環境溫度的影響而發生較大改變，這種特性極易導致器件的各項性能變差甚至失效。因此探索在較大的溫度變換區域內，新型的恆定電阻材料一直是科研技術人員的研究熱點，例如發展最快的合金如Ni-Cr和Ni-Cu，在一定溫區內具有極低電阻溫度係數TCR(±10×10-6)，它們已經被用作新型的薄膜晶片電阻，並投入使用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在較大溫度區域內電阻幾乎沒有變化的恆電阻率薄膜材料。
本發明的目的還在於提供一種製備該恆電阻率薄膜材料的方法。
為實現上述目的，本發明一種恆電阻率薄膜材料，分子式為Cu3NPdx，其中，0.13＜X＜0.24。
一種製備上述恆電阻率薄膜材料的方法，步驟如下1、用常規方法將襯底清洗後放入反應磁控濺射裝置的反應室中；2、陰極靶材包括銅靶材和鈀靶材，銅和鈀的純度均不低於99.9％，襯底與靶材之間的距離為40～60mm，銅和鈀的純度均不低於99.9％，襯底與靶材之間的距離為40～60mm；3、本底真空度不低於10-4Pa，通入純度為99.99％的氮氣(N2)，調節工作氣壓至6.0～9.0×10-1Pa；4、控制襯底溫度低於70℃，先用擋板遮蓋襯底後，預濺射靶材30分鐘，然後去掉擋板，開始濺射沉積，電源功率為50～150W。
其中，步驟1中的常規方法為將襯底分別在丙酮和酒精中各超聲清洗30分鐘後，吹乾襯底。
步驟1中的襯底為單晶矽片或石英玻璃片。
步驟2中的陰極靶材的銅和鈀的面積比例為1∶8.5×10-3～1.7×10-2。
Cu3NPdx體系薄膜材料在很大的溫度範圍內，電阻幾乎沒有變化。採用反應磁控濺射法製備的Cu3NPdx薄膜材料，緻密均勻，通過調節靶材上銅和鈀所佔的面積比來實現調節鈀在薄膜中的含量，元素含量比的變化能夠調節薄膜電阻隨溫度的變化趨勢。其中Cu3NPdx體系薄膜材料中x範圍在0.13～0.24之間時，在5K～250K的大範圍溫度內，電阻率相對變化＜1.0％，也就是說電阻率溫度係數幾乎為零。這種材料製造的電阻元器件，在溫度5K～250K的大幅度變化的環境中，具有較好的穩定性，因而更加可靠。


圖1是本發明恆電阻率Cu3NPd0.238薄膜材料的電阻率隨溫度變化曲線圖；圖2是本發明恆電阻率Cu3NPd0.133薄膜材料的電阻率隨溫度變化曲線圖。
具體實施例方式
利用磁控濺射法製備恆電阻率薄膜材料Cu3NPdx，陰極靶材為純度均為不低於99.9％的銅和鈀，反應氣體是氣體純度為99.99％的氮氣(N2)，襯底用單晶矽片或石英玻璃片，利用鈀在薄膜中的含量的不同，可以調節恆定溫度範圍。此種恆阻材料的基質為立方晶系的Cu3N，是一種欠缺半導體，通過在體心中加入少量的其他金屬調節材料的電子結構，實現電阻率在較大的溫度範圍內的恆定。它和金屬合金類恆阻材料有著完全不同的物理機制。此類材料的特徵是在欠缺半導體內加入(而非替代型半導體的摻雜)金屬調節材料的電子結構，通過調節靶材上銅和鈀所佔的面積比來實現調節鈀在薄膜中的含量，通過調節薄膜的電子結構來實現其恆定溫度範圍的調製。
實施例1將單晶矽片分別在丙酮和酒精中超聲清洗30分鐘，吹乾後，將單晶矽片放入反應磁控濺射系統的真空沉積室中的樣品臺上，陰極靶材為純度均為99.99％的銅和鈀，銅和鈀所佔的面積比為1∶1.7×10-2，單晶矽片與靶材之間的距離為40～60mm。當本底真空度不低於10-4Pa，通入氣體純度為99.99％的氮氣(N2)，調節工作氣壓至6.0～9.0×10-1Pa，電源功率為50～150W，先預濺射靶材30分鐘，然後拿走擋板，開始濺射沉積，即可得到沉積的Cu3NPd0.238薄膜。從圖1中Cu3NPd0.238薄膜材料的電阻率隨溫度變化曲線圖可以看到，電阻率在5～250K的大範圍內相對變化＜1.0％，也就是說電阻率溫度係數幾乎為零。
實施例2將石英玻璃片分別在丙酮和酒精中超聲清洗30分鐘，吹乾後，將石英玻璃片放入反應磁控濺射系統的真空沉積室中的樣品臺上，陰極靶材為純度均為不低於99.9％的銅和鈀，銅和鈀所佔的面積比為1∶8.5×10-3，石英玻璃片與靶材之間的距離為40～60mm。當本底真空度不低於10-4Pa時，通入氣體純度為99.99％的氮氣(N2)，調節工作氣壓至6.0～9.0×10-1Pa，電源功率為50～150W，先預濺射靶材30分鐘，然後拿走擋板，開始濺射沉積，即可得到沉積的Cu3NPd0.133薄膜。從圖2中的Cu3NPd0.133薄膜材料的電阻率隨溫度變化曲線圖可以看到，電阻率在5～190K的大範圍內相對變化＜1.0％，也就是說電阻率溫度係數幾乎為零。
權利要求
1.一種恆電阻率薄膜材料，其特徵在於，所述恆電阻率薄膜材料的分子式為Cu3NPdx，其中，0.13＜X＜0.24。
2.一種製備權利要求1所述的恆電阻率薄膜材料的方法，步驟如下(1)用常規方法將襯底清洗後放入反應磁控濺射裝置的反應室中；(2)陰極靶材包括銅靶材和鈀靶材，銅和鈀的純度均不低於99.9％，襯底與靶材之間的距離為40～60mm；(3)本底真空度不低於10-4Pa，通入純度為99.99％的氮氣(N2)，調節工作氣壓至6.0～9.0×10-1Pa；(4)控制襯底溫度低於70℃，先用擋板遮蓋襯底後，預濺射靶材30分鐘，然後去掉擋板，開始濺射沉積，電源功率為50～150W。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述陰極靶材中銅靶材和鈀靶材的面積比例為1∶8.5×10-3～1.7×10-2。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述常規方法為將襯底分別在丙酮和酒精中各超聲清洗30分鐘後，吹乾襯底。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述襯底為單晶矽片或石英玻璃片。
全文摘要
本發明公開了一種恆電阻率薄膜材料Cu
文檔編號H01B1/02GK1687994SQ200510075059
公開日2005年10月26日 申請日期2005年6月8日 優先權日2005年6月8日
發明者曹則賢, 紀愛玲, 馬利波, 杜允 申請人:中國科學院物理研究所