一種鉬合金氧化鋅薄膜的製備方法與流程
2023-05-20 12:13:36
本發明涉及半導體材料製造領域，具體涉及一種鉬合金氧化鋅薄膜的製備方法。
背景技術：
目前，ZnO基材料已經廣泛應用於催化、氣敏、紫外探測器、發光二極體、場效應管、薄膜電晶體、觸控螢幕、太陽能電池等領域。ZnO基材料的摻雜能夠大大提升其應用。
鉬及其合金由於具有熔點高、強度大、導電導熱性能好、抗蝕性能強及高溫力學性能良好等優點，被廣泛應用於高溫加熱、玻璃熔煉、高溫結構支撐件等高溫領域。目前，應用於高溫領域的系列主要有TZM板、Mo-La摻雜板材、Mo-Re板及ASK摻雜板材。其中，用於高溫燒結舟皿的板材主要是TZM板和Mo-La摻雜板材。儘管它們都具有良好的高溫性能，但目前仍然存在著不足之處。如TZM板的低溫韌性不足，塑性成形困難；Mo-Re板材儘管性能優異，但由於Re是稀缺金屬，價格昂貴，加工成本難以控制；Mo-La摻雜板材室溫性能良好，但高溫時具有熱脆性，強度和塑性會同時降低，使其使用壽命受到影響，從而提高生產成本。
ZnO基納米材料的製備方法一般偏向於化學合成，包括水浴、化學氣相沉積（CVD）、模板法、誘導法等。這些方法維持的周期一般而言都比較長，或者很難有效控制ZnO基納米材料的形貌。例如傳統的CVD法製備ZnO基納米材料重複性比較差，而且很難摻雜進其它原子來提高ZnO納米材料的自身性能。
技術實現要素：
本發明提供一種鉬合金氧化鋅薄膜的製備方法，該方法製備重複性好，而且操作簡便，該種方法製備的材料由於是定向腐蝕得到的，因此具有更好的電學和光學性能。
為了實現上述目的，本發明提供了一種鉬合金氧化鋅薄膜的製備方法，該方法包括如下步驟：
（1）製備基板
將Mo5Si3/ Y2O3，球磨至平均粒徑為100-300nm；
按設計的鉬摻雜材料組分配比分別取平均粒徑＜8μm的純鉬粉與第一步所製備的Mo5Si3/ Y2O3混合，採用傳統粉末冶金方法進行混合、壓製成燒結板坯；
將所得燒結板坯在純氫氣氛下加熱至1850℃-2050℃，保溫5-10小時進行燒結；隨爐冷卻後，得到燒結坯；
將得到的燒結坯由室溫加熱至1350℃-1500℃熱軋，道次變形量為20％-35％，總變形量大於80％時，完成軋制的到基板；
（2）基板預處理
所述基板預處理，可依次進行研磨拋光、超聲清洗和離子源清洗；
（3）將純ZnO粉末和純Cr氧化物粉末按化學式Zn1-xCrxO計量比混合、研磨、1200-1450 ℃燒結，製成ZnO基陶瓷靶材，0.05≦x＜0.15；
（4） 採用磁控濺射方法，以ZnO基陶瓷靶材作為靶材，在經預處理的基板上沉積一層ZnO基薄膜，沉積條件為：基板和靶材的距離為80 mm，生長室真空度在2×10-3 Pa以上，生長室通入純Ar，或者Ar和O2，Ar和O2的流量比為100：1-100：5，控制壓強為1- 5Pa，調節濺射功率為100 - 200 W，基板溫度為75- 300 ℃，濺射時間為30 - 60 min；
將所得的薄膜在濃度為1.0 - 5.0 wt% CH3COONH4溶液中腐蝕10 - 30 min，得到鉬合金氧化鋅薄膜。
優選的，在所述步驟（2）中，所述研磨拋光，可將基板先在600目的金剛石砂輪盤上進行粗磨10min，然後在1200目的金剛石砂輪盤上進行細磨10min，再用W2.5的金剛石拋光粉進行拋光至試樣表面均勻光亮，所述超聲清洗，可將研磨拋光後的基板按以下順序清洗，丙酮超聲清洗5min→無水乙醇超聲清洗5min→烘乾待用，所述離子源清洗，可採用霍爾離子源對基板進行清洗5min，壓強為2×10-2Pa，基板溫度為300℃，氬氣通量為10sccm，偏壓為-100V，陰極電流為29.5A，陰極電壓為19V，陽極電流為7A，陽極電壓為80V，以清除基板表面的吸附氣體以及雜質，提高沉積塗層與基板的結合強度以及成膜質量。
該方法製備重複性好，而且操作簡便，該種方法製備的材料由於是定向腐蝕得到的，因此具有更好的電學和光學性能。
具體實施方式
實施例一
本實施例的鉬合金板材的鉬合金基板由如下重量組分組成：0.5％的Mo5Si3/ Y2O3；餘量為平均粒徑＜8μm的純鉬粉基板相。
將Mo5Si3/ Y2O3，球磨至平均粒徑為100-300nm。
按設計的鉬摻雜材料組分配比分別取平均粒徑＜8μm的純鉬粉與第一步所製備的Mo5Si3/ Y2O3混合，採用傳統粉末冶金方法進行混合、壓製成燒結板坯。
將所得燒結板坯在純氫氣氛下加熱至1850℃，保溫5小時進行燒結；隨爐冷卻後，得到燒結坯。
將得到的燒結坯由室溫加熱至1350℃熱軋，道次變形量為20％，總變形量大於80％時，完成軋制的到基板。
基板預處理，所述基板預處理，可依次進行研磨拋光、超聲清洗和離子源清洗。所述研磨拋光，可將基板先在600目的金剛石砂輪盤上進行粗磨10min，然後在1200目的金剛石砂輪盤上進行細磨10min，再用W2.5的金剛石拋光粉進行拋光至試樣表面均勻光亮，所述超聲清洗，可將研磨拋光後的基板按以下順序清洗，丙酮超聲清洗5min→無水乙醇超聲清洗5min→烘乾待用，所述離子源清洗，可採用霍爾離子源對基板進行清洗5min，壓強為2×10-2Pa，基板溫度為300℃，氬氣通量為10sccm，偏壓為-100V，陰極電流為29.5A，陰極電壓為19V，陽極電流為7A，陽極電壓為80V，以清除基板表面的吸附氣體以及雜質，提高沉積塗層與基板的結合強度以及成膜質量。
將純ZnO粉末和純Cr氧化物粉末按化學式Zn0.95Cr0.05O計量比混合、研磨、1200℃燒結，製成ZnO基陶瓷靶材。
採用磁控濺射方法，以ZnO基陶瓷靶材作為靶材，在經預處理的基板上沉積一層ZnO基薄膜，沉積條件為：基板和靶材的距離為80 mm，生長室真空度在2×10-3 Pa以上，生長室通入純Ar，或者Ar和O2，Ar和O2的流量比為100：1，控制壓強為1Pa，調節濺射功率為100W，基板溫度為75℃，濺射時間為30 - 60 min；將所得的薄膜在濃度為1.0 wt% CH3COONH4溶液中腐蝕10 - 30 min，得到鉬合金氧化鋅薄膜。
實施例二
本實施例的鉬合金板材的鉬合金基板由如下重量組分組成： 2％的Mo5Si3/ Y2O3；餘量為平均粒徑＜8μm的純鉬粉基板相。
將Mo5Si3/ Y2O3，球磨至平均粒徑為100-300nm。
按設計的鉬摻雜材料組分配比分別取平均粒徑＜8μm的純鉬粉與第一步所製備的Mo5Si3/ Y2O3混合，採用傳統粉末冶金方法進行混合、壓製成燒結板坯。
將所得燒結板坯在純氫氣氛下加熱至2050℃，保溫10小時進行燒結；隨爐冷卻後，得到燒結坯。
將得到的燒結坯由室溫加熱至1500℃熱軋，道次變形量為35％，總變形量大於80％時，完成軋制的到基板。
基板預處理，所述基板預處理，可依次進行研磨拋光、超聲清洗和離子源清洗。所述研磨拋光，可將基板先在600目的金剛石砂輪盤上進行粗磨10min，然後在1200目的金剛石砂輪盤上進行細磨10min，再用W2.5的金剛石拋光粉進行拋光至試樣表面均勻光亮，所述超聲清洗，可將研磨拋光後的基板按以下順序清洗，丙酮超聲清洗5min→無水乙醇超聲清洗5min→烘乾待用，所述離子源清洗，可採用霍爾離子源對基板進行清洗5min，壓強為2×10-2Pa，基板溫度為300℃，氬氣通量為10sccm，偏壓為-100V，陰極電流為29.5A，陰極電壓為19V，陽極電流為7A，陽極電壓為80V，以清除基板表面的吸附氣體以及雜質，提高沉積塗層與基板的結合強度以及成膜質量。
將純ZnO粉末和純Cr氧化物粉末按化學式Zn0.85Cr0.15O計量比混合、研磨、1450 ℃燒結，製成ZnO基陶瓷靶材。
採用磁控濺射方法，以ZnO基陶瓷靶材作為靶材，在經預處理的基板上沉積一層ZnO基薄膜，沉積條件為：基板和靶材的距離為80 mm，生長室真空度在2×10-3 Pa以上，生長室通入純Ar，或者Ar和O2，Ar和O2的流量比為00：5，控制壓強為5Pa，調節濺射功率為200 W，基板溫度為300 ℃，濺射時間為30 - 60 min；將所得的薄膜在濃度為5.0 wt% CH3COONH4溶液中腐蝕10 - 30 min，得到鉬合金氧化鋅薄膜。