W-Ti合金靶材

1、W/Ti合金靶材的應(yīng)用及其制備技術(shù),目錄,W/Ti合金靶材的應(yīng)用,W/Ti合金擴(kuò)散阻擋層,Al、Cu,Si、SiO2,介質(zhì)層,布線,擴(kuò)散阻擋層,布線技術(shù),擴(kuò)散阻擋層,阻擋金屬的擴(kuò)散,改善金屬薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度,W/Ti合金靶材的應(yīng)用,擴(kuò)散阻擋層,穩(wěn)定型,1,穩(wěn)定型阻擋層與它兩邊的物質(zhì)基本不反應(yīng),阻擋層本身保持化學(xué)成分基本不變;,2,反應(yīng)型阻擋層與兩邊的物質(zhì)中的一種或兩種反應(yīng),其最終被消耗盡,而喪失阻擋作用;,反應(yīng)型,3,在穩(wěn)定型和反應(yīng)型 擴(kuò)散阻擋層中,當(dāng)晶界和其它的結(jié)構(gòu)缺陷作為快速擴(kuò)散通道,使擴(kuò)散阻擋層失效,在這些擴(kuò)散的通道中引入填充原子。,填充型,W/Ti合金靶材的應(yīng)用,穩(wěn)定的熱機(jī)械性能、

2、低的電子遷移率、 高的抗腐蝕性能和化學(xué)穩(wěn)定性,阻擋擴(kuò)散,阻止晶界擴(kuò)散,Ti,W,W/Ti合金靶材的應(yīng)用,W/Ti/N薄膜,光催化劑材料、氣敏傳感器,W/Ti（90%）合金靶材,這些薄膜具有高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)和良好的耐蝕和耐磨性能,具有良好的阻擋性能和廣泛的應(yīng)用前景。,由W/Ti靶材制備的TiO2-WO3薄膜是光催化劑材料,即使在黑暗的環(huán)境中也能保持防腐和殺菌性能,同時(shí)W-Ti-O還是一種良好的氣敏傳感材料。,金屬Ti在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有較好的耐腐蝕性能,與W形成的W/Ti合金因?yàn)閃的加入而具有較好的耐磨性能,同時(shí)W的加入還增加植入體和原組織之間的應(yīng)力分配從而達(dá)到應(yīng)力平衡。而且W不會(huì)減少Ti的生物

3、活性。,W/Ti合金靶材性能要求,影響W/Ti靶材的主要因素,薄膜的堿金屬含量 薄膜的成分組成 薄膜的電阻率 電遷移 粒子污染,粒子：濺射靶受到高能離子轟擊時(shí)產(chǎn)生的大尺寸的靶材顆粒或微粒,或成膜之后膜材受二次電子轟擊出來形成的微粒。,W/Ti合金靶材性能要求,相對(duì)密度的影響,W/Ti合金靶材致密度越高即孔隙度越低,濺射鍍膜后產(chǎn)生的薄膜粒子數(shù)越少, 薄膜的性能越好。靶材相對(duì)密度與制備過程中的溫度、壓力，燒結(jié)時(shí)間等工藝條件相關(guān)。,W/Ti合金靶材性能要求,金屬純度的影響,W/Ti合金靶材金屬純度越高,濺射鍍膜后薄膜粒子數(shù)越少;同時(shí)靶材堿金屬(Na, K, Li)含量對(duì)薄膜電遷移影響很大。,W/Ti

4、合金靶材性能要求,目前國(guó)外大型公司能生產(chǎn)高純度的W/Ti合金靶材,例如MRC公司生產(chǎn)的ULTRA, ULTRA 2,ECLIPSE 3種W/Ti合金靶材,如表1所示。,W/Ti合金靶材性能要求,顯微組織的影響,富Ti固溶體1(Ti, W)相；富W固溶體2(Ti, W)相,W/Ti合金靶材性能要求,1(Ti, W)相含量越少，用其鍍膜后產(chǎn)生的粒子數(shù)越少,Wichersham C E等發(fā)明制備含1(Ti, W)相少或者不含該相的W/Ti合金靶材,該靶材用于濺射鍍膜產(chǎn)生的薄膜粒子數(shù)少于0.25 particlescm-2。,W/Ti合金靶材性能要求,a制備溫度最低,基本不含1(Ti, W)相; c制

5、備溫度最高,含1(Ti, W)相最多,W/Ti靶材的制備方法,真空熱壓法,在真空條件下,將粉末裝在模腔內(nèi),在加壓的同時(shí)使粉末加熱,經(jīng)過較短時(shí)間的熱壓形成致密均勻的制品。真空熱壓技術(shù)能在較低溫度下制備非常致密的材料,并且材料具有組織均勻、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。,Dunlop J利用真空熱壓法,混合高純度的W粉和TiH2粉(或是高純度TiH2粉和Ti粉的混合物),控制熱壓溫度13501550,壓力530 MPa,制備W/Ti合金靶材,該靶材的相對(duì)密度可達(dá)到95%100%,氣體含量少于85010-6,碳含量少于10010-6,用其鍍膜后產(chǎn)生的薄膜粒子數(shù)少。,惰性氣體熱壓法,W/Ti靶材的制備方法,真空和惰性

6、氣體熱壓法,前者對(duì)真空度的要求較高,同時(shí)制備溫度偏高;而后者在惰性氣氛下燒結(jié),燒結(jié)溫度有所降低,且能夠得到單一相的W/Ti合金,能夠更好地滿足做靶材的需求。熱壓法能夠制備高密度和單一相的合金靶材,但是對(duì)制備大尺寸、形狀復(fù)雜的靶材存在一定的難度。,熱等靜壓法,W/Ti靶材的制備方法,在高溫高壓密封容器中，以高壓氬氣為介質(zhì)，對(duì)其中的粉末或待壓實(shí)的燒結(jié)坯料(或零件)施加各向均等靜壓力，形成高致密度坯料(或零件)的方法。,優(yōu)點(diǎn)： 不受模具強(qiáng)度限制，可選擇更高壓力 壓力貢獻(xiàn)不受尺寸影響 胚體可在較低溫度下致密化,熱爆炸固結(jié)燃燒合成法,W/Ti靶材的制備方法,爆炸成形(EC)就是利用炸藥爆炸時(shí)在極短的時(shí)間

7、內(nèi)(幾微秒)產(chǎn)生的巨大壓力(106MPa)來壓制粉末,制成相對(duì)密度很高的壓坯。,缺點(diǎn)：由于在瞬間完成,所以組成相之間幾乎沒有擴(kuò)散,而且晶粒來不及長(zhǎng)大。樣品往往密度均勻性差并伴有嚴(yán)重的裂紋。,將粉末進(jìn)行預(yù)熱,熱爆炸成形(HEC)：減小了生長(zhǎng)應(yīng)力,增加了延展性,通過熱量的作用使材料軟化有利于更好地成形。,總結(jié),W/Ti靶材在微電子等方面具有良好應(yīng)用情景,開發(fā)研究制備方法簡(jiǎn)單、成膜均勻性好、薄膜粒子少的靶材是當(dāng)前的熱點(diǎn), 也是制備靶材的發(fā)展方向。 國(guó)外在此方面進(jìn)展較大,特別是采用熱等靜壓和熱爆炸成形法制備的W/Ti靶材,致密度高、相組織均勻且尺寸大小不受限制,是W/Ti靶材研究的熱點(diǎn)之一。 國(guó)內(nèi)僅北京有色金屬研究總