一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到微、納米尺度材料的制備領(lǐng)域，具體的說是一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，薄膜內(nèi)存在殘余應(yīng)力是采用濺射方法制備的薄膜中普遍存在的現(xiàn)象，幾乎所有薄膜都處于某種應(yīng)力狀態(tài)之中。殘余應(yīng)力的大小從幾十MPa到幾百MPa，甚至在一些高熔點薄膜內(nèi)存在GPa數(shù)量級的殘余應(yīng)力。由于薄膜內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)直接關(guān)系到微電子器件的設(shè)計和使用壽命，因而成為近年來的研究熱點。人們對薄膜殘余應(yīng)力的演化行為已經(jīng)進行了深入的研究，結(jié)果表明，正常沉積情況下磁控濺射制備的幾百nm厚、低熔點薄膜(Al，Ag，Cu等)的殘余應(yīng)力一般在幾十到幾百MPa，可能是拉應(yīng)力也可能是壓應(yīng)力，而高熔點的薄膜(W，Mo，Ta，Zr等)的產(chǎn)預(yù)應(yīng)力要明顯高于低熔點薄膜，可能處于拉應(yīng)力或者壓應(yīng)力狀態(tài)。一般認為，拉應(yīng)力是由晶界釋放機制引起的，而壓應(yīng)力則是由噴丸效應(yīng)產(chǎn)生的。
[0003]由于在微電子、醫(yī)用殺菌、傳感、催化、光電顯示等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，高效率、低成本的微納米尺度Ag薄膜、銀顆粒及其復(fù)合材料制備技術(shù)成為本領(lǐng)域的研究熱點之一。為了進一步增加柔性基體上銀合金薄膜表面單位面積內(nèi)的顆粒數(shù)量，本發(fā)明提出了一種對柔性聚酰亞胺基體上Ag合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力并進行退火調(diào)控Ag合金薄膜原子擴散、促進銀顆粒形成的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，通過對柔性基體上銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力并進行退火調(diào)控銀合金薄膜表面原子的擴散、促進更多銀顆粒的形成。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，將柔性基體和其上的具有殘余壓應(yīng)力的銀合金薄膜以膜面朝上的方式兩端固定，中部用向上凸起的凸模頂起，使銀合金薄膜與凸模緊密接觸，從而對銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力，然后在真空爐內(nèi)或氣氛保護爐內(nèi)加熱退火，退火溫度為200°C-300°C，退火時間30-100min，以增大殘余壓應(yīng)力，促進薄膜原子擴散，從而增加銀合金薄膜表面形成的銀顆粒數(shù)量。
[0006]所述具有殘余壓應(yīng)力的銀合金薄膜是指，從外觀上看表面上凸的銀合金薄膜。
[0007]對于柔性基體上的金屬薄膜來說，如果整個薄膜表面下凹，表明薄膜內(nèi)部處于殘余拉應(yīng)力狀態(tài)；如果整個薄膜表面上凸，表明薄膜內(nèi)部處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)。
[0008]所述柔性基體為柔性聚酰亞胺基體。
[0009]所述凸模具有一弧形的凸起部和位于兩側(cè)的用于卡緊柔性基體及其上銀合金薄膜的卡緊部?？梢愿鶕?jù)需要制作不同的凸模，以滿足不同的凸起弧度。
[0010]有益效果:本發(fā)明通過對柔性基體上銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力并進行退火處理調(diào)控銀合金薄膜的原子擴散行為，促進銀顆粒形成的方法，為獲得大比表面積柔性聚酰亞胺基體銀合金顆粒薄膜器件提供了技術(shù)支撐。施加預(yù)應(yīng)力的大小可以根據(jù)需要通過調(diào)整模具進行調(diào)控。本發(fā)明方法簡單，操作方便，成本低，綠色環(huán)保，能有效促進退火過程中銀合金薄膜表面銀顆粒的形成，獲得具有大比表面積的柔性基體銀合金顆粒復(fù)合膜。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明中凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中凸模的一種斷面圖；
圖3為本發(fā)明中凸模的另一種斷面圖；
圖4為本發(fā)明中凸模的又一種斷面圖；
附圖標(biāo)記:1、凸起部，2、卡緊部。
【具體實施方式】
[0012]—種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，將柔性基體和其上的具有殘余壓應(yīng)力的銀合金薄膜以膜面朝上的方式兩端固定，中部用向上凸起的凸模頂起，使銀合金薄膜與凸模緊密接觸，從而對銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力，然后在真空爐內(nèi)或氣氛保護爐內(nèi)加熱退火，退火溫度為200°C _300°C，退火時間30-100min，以增大殘余壓應(yīng)力，促進薄膜原子擴散，從而增加銀合金薄膜表面形成的銀顆粒數(shù)量。
[0013]所述凸模具有一弧形的凸起部I和位于兩側(cè)的用于卡緊柔性基體及其上銀合金薄膜的卡緊部2，可以根據(jù)需要制作不同的凸模，以滿足不同的凸起弧度。
[0014]下面結(jié)合以下具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的闡述。
[0015]實施例1
采用磁控濺射方法在聚酰亞胺基體上(基體尺寸為長125mm，寬125mm，基體厚度
0.6mm)制備10nm厚Ag_3.5Zr合金薄膜，取出樣品發(fā)現(xiàn)整個薄膜表面上凸，可以判斷薄膜處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，利用X射線衍射應(yīng)力儀測得樣品的實際殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力_103MPa。將兩個相同樣品中的一個樣品膜面朝上置于附圖2所示的凸模上，使膜基體系處于凸起狀態(tài)，兩端固定，然后在氬氣氣氛保護爐內(nèi)退火，退火溫度200°C，退火時間30分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。這樣可以增大薄膜內(nèi)部殘余壓應(yīng)力，促進由于殘余壓應(yīng)力釋放驅(qū)動的薄膜原子擴散，最終導(dǎo)致在合金膜表面形成了更多的銀顆粒。將另一個樣品直接放入氣氛爐內(nèi)不施加預(yù)應(yīng)力退火，退火溫度200°C，退火時間30分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。對兩個樣品退火后進行掃描電鏡觀察，分析表明，與不施加預(yù)應(yīng)力的傳統(tǒng)退火處理相比，施加預(yù)應(yīng)力退火后樣品單位面積內(nèi)形成銀顆粒的數(shù)量增加了 29%，顆粒平均尺寸增大26%，達到了促進退火過程中銀合金薄膜表面銀顆粒形成的效果。
[0016]實施例2
采用磁控濺射方法在聚酰亞胺基體上(基體尺寸為長125mm，寬125mm，基體厚度
0.6mm)制備150nm厚Ag_5.2Zr合金薄膜，取出樣品發(fā)現(xiàn)整個薄膜表面上凸，可以判斷薄膜處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，利用X射線衍射應(yīng)力儀測得樣品的實際殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力_195MPa。將兩個相同樣品中的一個樣品膜面朝上置于附圖3所示凸模上，使膜基體系處于凸起狀態(tài)，兩端固定，然后在氬氣氣氛保護爐內(nèi)退火，退火溫度260°C，退火時間45分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。這樣可以增大薄膜內(nèi)部殘余壓應(yīng)力，促進由于殘余壓應(yīng)力釋放驅(qū)動的薄膜原子擴散，最終導(dǎo)致在合金膜表面形成了更多的銀顆粒。將另一個樣品直接放入氣氛爐內(nèi)不施加預(yù)應(yīng)力溫度260°C，退火時間45分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。對兩個樣品退火后進行掃描電鏡觀察，分析表明，與不施加預(yù)應(yīng)力的傳統(tǒng)退火處理相比，施加預(yù)應(yīng)力退火后樣品單位面積內(nèi)形成銀顆粒的數(shù)量增加了 32%，顆粒平均尺寸增大了 35%，達到了促進退火過程中銀合金薄膜表面銀顆粒形成的效果。
[0017]實施例3
采用磁控濺射方法在聚酰亞胺基體上(基體尺寸為長125mm，寬125mm，基體厚度
0.6mm)制備80nm厚Ag-7.5Zr合金薄膜，取出樣品發(fā)現(xiàn)整個薄膜表面上凸，可以判斷薄膜處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，利用X射線衍射應(yīng)力儀測得樣品的實際殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力_213MPa。將兩個相同樣品中的一個樣品膜面朝上置于附圖4所示凸模上，使膜基體系處于凸起狀態(tài)，兩端固定，然后在氬氣氣氛保護爐內(nèi)退火，退火溫度300°C，退火時間100分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。這樣可以增大薄膜內(nèi)部殘余壓應(yīng)力，促進由于殘余壓應(yīng)力釋放驅(qū)動的薄膜原子擴散，最終導(dǎo)致在合金膜表面形成了更多的銀顆粒。將另一個樣品直接放入氣氛爐內(nèi)不施加預(yù)應(yīng)力溫度300°C，退火時間100分鐘，隨爐冷卻后取出薄膜。對2個樣品退火后進行掃描電鏡觀察，分析表明，與不施加預(yù)應(yīng)力的傳統(tǒng)退火處理相比，施加預(yù)應(yīng)力退火后樣品單位面積內(nèi)形成銀顆粒的數(shù)量增加了 36%，顆粒平均尺寸增大了 33%，達到了促進退火過程中銀合金薄膜表面銀顆粒形成的效果。
【主權(quán)項】
1.一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，其特征在于:將柔性基體和其上的具有殘余壓應(yīng)力的銀合金薄膜以膜面朝上的方式兩端固定，中部用向上凸起的凸模頂起，使銀合金薄膜與凸模緊密接觸，從而對銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力，然后在真空爐內(nèi)或氣氛保護爐內(nèi)加熱退火，退火溫度為200°C -300°c，退火時間30-100min，以增大殘余壓應(yīng)力，促進薄膜原子擴散，從而增加銀合金薄膜表面形成的銀顆粒數(shù)量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，其特征在于:所述具有殘余壓應(yīng)力的銀合金薄膜是指，從外觀上看表面上凸的銀合金薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，其特征在于:所述柔性基體為柔性聚酰亞胺基體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，其特征在于:所述凸模具有一弧形的凸起部(I)和位于兩側(cè)的用于卡緊柔性基體及其上金屬薄膜的卡緊部(2)。
【專利摘要】一種施加預(yù)應(yīng)力促進銀合金薄膜表面析出銀顆粒的方法，將銀合金薄膜以膜面朝上的方式兩端固定，中部用向上凸起的凸模頂起，從而對銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力，然后在真空爐內(nèi)或氣氛保護爐內(nèi)加熱退火，以增大殘余壓應(yīng)力，促進薄膜原子擴散，從而增加銀合金薄膜表面形成的銀顆粒數(shù)量。本發(fā)明通過對柔性基體上銀合金薄膜施加預(yù)應(yīng)力并進行退火處理調(diào)控銀合金薄膜的原子擴散行為，促進銀顆粒形成的方法，為獲得大比表面積柔性聚酰亞胺基體銀合金顆粒薄膜器件提供了技術(shù)支撐。施加預(yù)應(yīng)力的大小可以根據(jù)需要通過調(diào)整模具進行調(diào)控，能有效促進退火過程中銀合金薄膜表面銀顆粒的形成，獲得具有大比表面積的柔性基體銀合金顆粒復(fù)合膜。
【IPC分類】C23C14/58, C23C14/20
【公開號】CN105112882
【申請?zhí)枴緾N201510444951
【發(fā)明人】孫浩亮, 魏明, 王廣欣, 宋忠孝, 馬飛, 李冉, 崔曉爽
【申請人】河南科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月27日