本發(fā)明屬于濺射鍍膜

技術(shù)領(lǐng)域：

，涉及一種綁定材料，具體為一種濺射靶材的綁定材料及綁定方法。

背景技術(shù)：

：濺射工藝是一種制作薄膜的方法，通過濺射可以使得靶材的化合物鍍?cè)陬A(yù)設(shè)的物體上面，得到的薄膜厚度均勻且環(huán)保，所以濺射經(jīng)常用在半導(dǎo)體鍍膜特別是薄膜厚度在10nm-5000nm之間的半導(dǎo)體鍍膜。例如，在一片平整的玻璃上鍍膜，要鍍金、銀、銅、或其他金屬或氧化物的化合物，只要安裝了金、銀、銅、或其他金屬或氧化物的化合物的靶材在真空腔體的靶座(sputtercathode)上，施加以適當(dāng)?shù)碾娏鳌㈦妷涸诎凶芭浜线m當(dāng)?shù)臍鍤鈿夥?，就可以得到所需的鍍膜。靶材在被濺射時(shí)，通常是需要黏結(jié)在銅背板上的，然后銅背板與靶材安裝在靶座上。靶材與銅背板之間的黏結(jié)就叫做綁定，實(shí)現(xiàn)黏結(jié)所用的材料叫做綁定材料，有綁定的靶材在實(shí)際生產(chǎn)中比較好操作，并有利于后續(xù)的整理，同時(shí)還能節(jié)省靶材的材料費(fèi)。當(dāng)然也有不需要綁定的靶材，例如價(jià)格比較低廉的金屬銅、鋁、鉬等，直接加工成與靶座的尺寸配合，靶材與背板一體成型。綁定材料最基礎(chǔ)的要求是具有導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，同時(shí)要求具有熱穩(wěn)定性，在真空腔體內(nèi)溢氣少，不能與靶材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，綁定材料與靶材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)容易導(dǎo)致綁定失效而脫靶或掉靶。根據(jù)靶材材料的不同，靶材綁定存在一定的難易區(qū)別，一般金屬材料及貴重金屬靶材容易綁定，但靶材尺寸太大，貴重金屬靶材的厚度極薄會(huì)變得不容易綁定；一般的化合物材料容易綁定，但玻璃體的靶材不容易綁定，因?yàn)椴Ａw靶材無法施加溫度與壓力，否則靶材容易裂靶、斷靶；硫族化合物的靶材很難綁定。靶材的幾何形狀也對(duì)綁定的難易程度有一定影響，平面靶綁定相對(duì)容易，旋轉(zhuǎn)靶比平面靶復(fù)雜，且綁定時(shí)間很長，高溫長時(shí)間操作容易引起靶材及綁定材料的氧化問題。傳統(tǒng)的綁定材料是金屬銦in，或錫sn等低熔點(diǎn)的金屬，低熔點(diǎn)具有節(jié)省能源與好操作的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的銦in作為綁定材料具有以下缺點(diǎn)：使用銦作爲(wèi)綁定材料需要將背板及靶材加熱至銦的熔點(diǎn)157℃以上，溫度越高(例如180～200℃)銦的流動(dòng)性及粘合力越佳，但是長時(shí)間的高溫對(duì)銦的氧化及靶材都是不利的，并且增加了熱預(yù)算成本。無法綁定硫族化合物靶材，硫族元素化合物開關(guān)材料在制成濺射靶材之后，需要將其綁定到相關(guān)的濺射機(jī)器的背板上。濺射的背板材料通常是銅或者銅合金所制。在綁定的加熱過程中，如果靶材是具有極差的導(dǎo)熱性能，很容易在該材料內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，這個(gè)溫度梯度就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱應(yīng)力。當(dāng)該熱應(yīng)力達(dá)到足夠大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致材料的斷裂。因此，極差的導(dǎo)熱性能靶材的綁定工藝，其加熱速率和降溫速率必須控制在很低的水平，以避免出現(xiàn)高的熱應(yīng)力。另外一種解決方案，就是采用所需溫度較低的綁定介質(zhì)，例如不用傳統(tǒng)的銦材料，而是采用新的綁定介質(zhì)elastomer。該種elastomer通常是在接近室溫的條件下固化72小時(shí)。不管采用那種方案，這道工序因?yàn)椴牧系奈锢硖卣?，總體來說其良率比較低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種綁定材料及綁定方法，可以很容易解決上述傳統(tǒng)銦綁定存在的問題，能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)靶材及難綁定靶材的綁定。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種濺射靶材的綁定材料，所述綁定材料包括硅膠和碳納米管。進(jìn)一步，所述綁定材料為在硅膠中摻入碳納米管得到。進(jìn)一步，所述綁定材料為在硅膠中摻入碳納米管形成cnt硅膠，加入導(dǎo)電分散劑后機(jī)械攪拌得到。碳納米管(簡稱cnt)是以碳為原子基礎(chǔ)的納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美。從原子的結(jié)合形狀來分析，可以看成是石墨烯的片層卷曲而成。本發(fā)明專利中，主要是利用cnt優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，摻到硅膠中，從而改變硅膠的整體導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，使得原本不具導(dǎo)電且導(dǎo)熱不佳的硅膠，變成導(dǎo)熱且導(dǎo)電的硅膠。導(dǎo)電分散劑的種類沒有特別限定，可以采用現(xiàn)有研已知通用的導(dǎo)電分散劑，只要能實(shí)現(xiàn)分散的效果即可。進(jìn)一步，所述碳納米管為硅膠質(zhì)量的5wt％～13wt％。進(jìn)一步，所述碳納米管為單壁或者多壁碳納米管。單壁cnt效果為佳。進(jìn)一步，所述碳納米管的內(nèi)管徑<6nm，長度為500nm～30000nm，表面原子取向n＝m(碳原子排列方向)。納米碳管原子排列方式以坐標(biāo)(n，m)來表示，當(dāng)n＝m時(shí)，是扶椅型(armchair)的結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電形態(tài)為金屬導(dǎo)電性。cnt本身是各向異性的材料，其管壁上的原子分布和方向與導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能密切相關(guān)。一種綁定方法，將綁定材料涂布在背板及靶材的結(jié)合面，使結(jié)合面相互接觸并施以壓力，在25℃～100℃溫度下?lián)饺胩技{米管的硅膠充分固化實(shí)現(xiàn)靶材的綁定。進(jìn)一步，所述涂布厚度≥0.1mm。進(jìn)一步，所述背板及靶材的結(jié)合面放置有銅墊片。摻入碳納米管后的cnt硅膠的粘稠度基本與原硅膠相差不大，以涂布的方式分別在背板及靶材上的接合面涂以0.1mm或更厚的cnt硅膠厚度，均勻涂布。之后以水平方式放置背板及靶材，使之接合面互相接觸并施以適當(dāng)?shù)膲毫Γ诮佑|面可以施放若干的銅墊片達(dá)到控制cnt硅膠的厚度，可避免因壓力而失去的cnt硅膠厚度控制。最后，校準(zhǔn)接觸面的水平，使之平穩(wěn)安放于控溫爐內(nèi)，并控溫在25℃～100℃時(shí)間60～80分鐘，讓cnt硅膠充分固化，即可實(shí)現(xiàn)cnt硅膠對(duì)靶材的綁定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將碳納米管摻入到硅膠中，利用碳納米管的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能使原本不具導(dǎo)電且導(dǎo)熱不佳的硅膠，變成導(dǎo)熱且導(dǎo)電的硅膠，并將具備導(dǎo)電導(dǎo)熱的硅膠用于背板和靶材的綁定，在低溫下即可實(shí)現(xiàn)靶材的綁定。采用本發(fā)明綁定材料，使平面靶、旋轉(zhuǎn)靶、厚靶材、薄靶材、金屬、非金屬、氧化物陶瓷靶材及含硫族難綁定的靶材都可以得到穩(wěn)定、安全、低溫的綁定。附圖說明圖1為銦綁定在dc直流電源1500w、400秒濺射鍍膜的xrd圖；圖2為cnt硅膠綁定在dc直流電源1500w、400秒濺射鍍膜的xrd圖；圖3為銦綁定在p-dc脈沖電源1500w、400秒濺射鍍膜的xrd圖；圖4為cnt硅膠綁定在p-dc脈沖電源1500w、400秒濺射鍍膜的xrd圖圖5為銦綁定在rf射頻電源1500w、600秒濺射鍍膜的xrd圖。圖6為cnt硅膠綁定在rf射頻電源1500w、600秒濺射鍍膜的xrd圖；圖7為銦綁定在dc直流電源2000w、200秒濺射下透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率。圖8為cnt硅膠綁定在dc直流電源2000w、200秒濺射下透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率。圖9為銦綁定在rf射頻電源2500w、200秒濺射下透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率圖10為cnt硅膠綁定在rf射頻電源2500w、200秒濺射下透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率。圖11為在dc直流電源下，銦綁定和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料ito靶材每秒鍍率；圖12為在p-dc電源下，銦綁定和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料ito靶材每秒鍍率；圖13為在rf射頻電源下，銦綁定和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料ito靶材每秒鍍率。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。綁定材料的制備：硅膠中摻入碳納米管(內(nèi)管徑<6nm，長度為500nm～30000nm，占硅膠質(zhì)量的10wt％)形成cnt硅膠，加入導(dǎo)電分散劑后機(jī)械攪拌1～5分鐘制備得到。攪拌轉(zhuǎn)速50～200轉(zhuǎn)/分鐘，以不升高cnt硅膠溫度太多為原則，避免cnt硅膠局部因高溫而先行固化。cnt硅膠的綁定：以涂布的方式分別在背板及靶材上的接合面均勻涂布0.1mm或以上厚度的cnt硅膠。之后以水平方式放置背板及靶材，使之接合面互相接觸并施以適當(dāng)?shù)膲毫?依靶材的種類，易裂及軟性材料施較小之壓力，施以2～50kg的重力加壓，讓靶材與背板接合面的cnt硅膠約5％～10％的量，微微從接面處溢出)，在接觸面施放銅墊片達(dá)到控制cnt硅膠的厚度，避免因壓力而失去的cnt硅膠厚度控制。最后，校準(zhǔn)接觸面的水平，使之平穩(wěn)安放于控溫爐內(nèi)，并控溫在25～100℃，時(shí)間60～80分鐘，讓cnt硅膠充分固化，即可實(shí)現(xiàn)cnt硅膠對(duì)靶材的綁定。下面通過實(shí)驗(yàn)對(duì)綁定材料cnt硅膠的性能進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)施例1摻入碳納米管硅膠的導(dǎo)電性能未摻入碳納米管硅膠的電阻率大于200mω-cm，為了驗(yàn)證摻入碳納米管(5wt％～13wt％的添加量)可以提高硅膠的導(dǎo)電性能，對(duì)摻入了碳納米管不同厚度的導(dǎo)電性能進(jìn)行了研究，其結(jié)果如下表1所示：表1未添加/添加碳納米管不同厚度下硅膠的導(dǎo)電性能硅膠厚度電阻率ω-cm方塊電阻ω/□未摻入碳納米管的硅膠(任何厚度)>>200m(絕緣體)>>200m(絕緣體)摻入碳納米管的硅膠(0.3mm)4.9x10-116摻入碳納米管的硅膠(0.4mm)9.1x10-22.3從上表1可以看出，未摻入碳納米管硅膠的硅膠在任何厚度下均為絕緣體，不具備導(dǎo)電性能，摻入碳納米管后的硅膠具備了導(dǎo)電性能，滿足綁定對(duì)材料導(dǎo)電性能的要求。實(shí)施例2銦和cnt硅膠在不同電源的濺射鍍膜xrd以cigs銅銦鎵硒(cu22.68％，in16.21％，ga6.78％，se54.33％)為靶材，以濺射時(shí)襯底溫度是550℃，研究銦綁定或cnt硅膠綁定在不同電源的濺射鍍膜xrd衍射圖，結(jié)果如圖1至圖6所示。圖1、圖3及圖5銦綁定的三個(gè)xrd圖與圖2、圖4及圖6cnt硅膠綁定的三個(gè)xrd圖，都顯示了典型的黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)，銅銦鎵硒薄膜的典型結(jié)構(gòu)是黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)，且當(dāng)ga與in及ga(ga/(in+ga))的原子比例為0.3其2θ值為26.897°、44.645°、52.94°，其特征峰分別對(duì)應(yīng)cigs的(112)、(220)、(312)晶面的衍射峰。由cnt硅膠綁定的銅銦鎵硒靶材所濺射的薄膜也依然有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)，且(112)、(220)、(312)晶面的衍射峰是與銦綁定靶材一樣的。實(shí)施例3銦和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率以透明導(dǎo)電材料ito(in2o3:sno＝90％:10％質(zhì)量比)為靶材，研究在dc直流電源及rf射頻電源下，銦和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料靶材的光學(xué)透光率，結(jié)果如圖7至圖10所示(縱軸表示透光率，橫軸表示入射光波長)。從圖7至圖10可以看出，銦綁定或cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料靶材的透光率幾乎無太大差別，說明本發(fā)明透明導(dǎo)電材料靶材是可行的。實(shí)施例4cnt硅膠綁定對(duì)電源供應(yīng)器的影響本實(shí)施例的目的是在使用不同綁定材料時(shí)，觀察電源供應(yīng)器的輸出情況，看是否會(huì)造成電源供應(yīng)器的不良反應(yīng)或其它可能發(fā)生情況。兩個(gè)透明導(dǎo)電材料靶材分別使用銦和cnt硅膠綁定，分別在dc直流電源、p-dc脈沖電源下施加低瓦數(shù)、中等瓦數(shù)、及高瓦數(shù)密度時(shí)電源的電壓及電流如下：表2dc直流電源、p-dc脈沖電源施加不同瓦數(shù)密度時(shí)電壓及電流上表中：x1、y1、z1、x2、y2、….z1-2000….為該條件下的sample編號(hào)。除非有注明，濺射控壓在10mtorr，供氣ar20sccm，濺射時(shí)間200秒。從上表2可以看出，用cnt硅膠對(duì)透明導(dǎo)電材料(ito)靶材綁定，電源供應(yīng)器的電壓輸出、電流輸出都只有些微的變化。因此，cnt硅膠綁定不會(huì)造成電源供應(yīng)器不良的影響，cnt硅膠綁定是可行的。實(shí)施例5銦和cnt硅膠綁定鍍膜鍍率比較銦和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料ito靶材(氧化銦錫)在三種不同電源下的鍍膜鍍率結(jié)果如下表3所示。表3三種不同電源下銦和cnt硅膠綁定ito靶材每秒鍍率三種不同電源下，銦和cnt硅膠綁定透明導(dǎo)電材料ito靶材每秒鍍率如圖11至圖13所示。以5種不同的電源瓦數(shù)做濺射，分別是250w、600w、1500w、2000w及2500w也就是瓦數(shù)密度為1.02w/cm2、2.44w/cm2、6.10w/cm2、8.13w/cm2及10.16w/cm2的濺射電源，從低密度瓦數(shù)至高密度瓦數(shù)的施加電源來觀察濺射鍍膜的鍍膜速率是否有遵循線性表現(xiàn)，以及觀察銦綁定與cnt硅膠綁定在不同電源密度下鍍膜速率的差異。從圖11、圖12或表3的dc、p-dc得知，由低至高的瓦數(shù)密度，兩種綁定對(duì)ito靶材的鍍膜速率相差不大，幾乎是一樣的鍍膜速率表現(xiàn)。而在射頻rf電源下，1500w(6.10w/cm2)前，兩種綁定方法的鍍膜速率是差不多的，而在更高瓦數(shù)下，cnt硅膠綁定的ito鍍膜速率略為高于銦綁定的ito靶材。實(shí)施例6astm-d4541-09薄膜附著力測(cè)試astm-d4541-09是一種使用可攜式附著力測(cè)定儀測(cè)定涂層拉伸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。本實(shí)施例具體是以0.3mm厚度的cnt硅膠涂抹在尺寸5cm×3cm鋁上板，經(jīng)80℃60分鐘固化后實(shí)行astm-d4541-09的附著力測(cè)定。經(jīng)測(cè)定后cnt硅膠在鋁板的附著強(qiáng)度是5.34kgf/cm2。這個(gè)cnt硅膠附著強(qiáng)度可以在10cm×10cm的背板上可以綁定至多534kg的靶材而不掉落，其附著強(qiáng)度足以負(fù)荷幾乎所有不同材質(zhì)靶材的重量。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種濺射靶材的綁定材料，屬于濺射鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。所述綁定材料為在硅膠中摻入碳納米管形成CNT硅膠，加入導(dǎo)電分散劑后機(jī)械攪拌得到。本發(fā)明還提供綁定靶材的綁定方法，將綁定材料涂布在背板及靶材的結(jié)合面，使結(jié)合面相互接觸并施以壓力，在25℃～100℃溫度下?lián)饺胩技{米管的硅膠充分固化實(shí)現(xiàn)靶材的綁定。本發(fā)明將碳納米管摻入到硅膠中，利用碳納米管的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能使原本不具導(dǎo)電且導(dǎo)熱不佳的硅膠，變成導(dǎo)熱且導(dǎo)電的硅膠，并將具備導(dǎo)電導(dǎo)熱的硅膠用于靶材的綁定。采用本發(fā)明綁定材料，使平面靶、旋轉(zhuǎn)靶、厚靶材、薄靶材、金屬、非金屬、氧化物陶瓷靶材及含硫族難綁定的靶材都可以得到穩(wěn)定、安全、低溫的綁定。

技術(shù)研發(fā)人員：林劉毓;張力平;丘立安

受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都先鋒材料有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.06.28

技術(shù)公布日：2019.08.30