一种常温磁控溅射金薄膜的方法

技术领域

本发明涉及磁控溅射领域，尤其涉及一种常温磁控溅射金薄膜的方法。

背景技术

磁控溅射制备的金薄膜在各种应用中都具有重要性，因为它们在不同领域中发挥关键作用。在硬盘驱动器和磁带等磁性储存介质中，金薄膜被用于制造磁头。磁头的性能和稳定性直接受金薄膜与磁性介质之间的结合力影响。良好的结合力可以确保读写头的寿命和性能。金薄膜在各种传感器和磁性器件中广泛使用，如磁传感器、霍尔效应传感器和磁性电感器。在这些应用中，金薄膜必须紧密附着在基材上，以确保准确的磁性响应和稳定的性能。在半导体和微电子制造中，金薄膜用于制作电极、连接线和导线。结合力的高低对于电子器件的性能和可靠性至关重要。良好的结合力可以确保电极与半导体材料之间的稳定连接。在这些应用中，结合力是确保金薄膜性能和可靠性的关键因素，因此需要特别关注金薄膜与基材或其他层之间的结合质量。

磁控溅射金薄膜时，常常会使用过渡层来增强金属薄膜与基片的结合力和附着性。过渡层可以在金属薄膜与基材之间起到缓冲作用，有助于减轻应力和提高界面的亲和性。常使用的镀金过渡层材料包括TiW、Ti、Cr等，通过加热基底的方式或者退火来增加基底和薄膜之间的结合力。但是在只能常温或者材料不能加热的条件下，这些过渡层和金的结合力并不好，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试表现为一撕就掉。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明目的是一种常温磁控溅射金薄膜的方法，采用Cr过渡层的基础上再溅射Cu过渡层的两次过渡层，最后溅射Au功能层，使得基底和金薄膜具有良好的结合力。

本发明提供了如下的技术方案：

一种常温磁控溅射金薄膜的方法，包括以下步骤：

S1:清洗需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗5～10min需要磁控溅射金薄膜的氧化铝陶瓷基片，然后用氮气吹干；

S2:为陶瓷基片表面做活化处理，表面做活化处理方式选自使用离子源轰击陶瓷基片表面10～200秒；

S3:磁控溅射过渡层一，所述过渡层一选自Cr，溅射温度为常温；

S4:磁控溅射过渡层二，所述过渡层二选自Cu，溅射温度为常温；

S5:磁控溅射功能层，所述功能层为Au，溅射温度为常温。

根据一些实施方式，步骤S5中，所述功能层的溅射厚度为500nm～3000nm。

根据一些实施方式，步骤S5中，溅射功能层的氩气流量30～200sccm，溅射气压0.3～0.7Pa。

根据一些实施方式，步骤S3中，溅射过渡层一的氩气流量50～100sccm，溅射气压0.3～0.7Pa，溅射厚度3～50nm。

根据一些实施方式，步骤S3中，溅射时间30～35s。

根据一些实施方式，步骤S4中，溅射过渡层二的氩气流量50～100sccm，溅射气压0.3～0.7Pa，溅射厚度3～50nm。

根据一些实施方式，步骤S4中，溅射时间30～35s。

根据一些实施方式，所述离子源选自离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA。

本发明还提供了常温磁控溅射金薄膜的方法的应用，用于避免加热材料表面的溅射。

上述实施方式中，常温下溅射，起到对材料性能、结构和稳定性的保护。

根据一些实施方式，所述避免加热材料选自温敏材料、生物材料或有机基底材料中的任一种。

上述实施方式中，温敏材料指的是在高温下可能会发生相变或热膨胀，导致结构变化或失去原有性能。在制备生物医学器件或医疗装置时，需要避免加热，以确保生物材料的稳定性和活性。有机基底材料，如聚合物、有机薄膜、纸张等，通常具有相对较低的熔点和软化点。它们可以用于各种印刷电子、柔性电子、生物传感器和纳米材料的应用中，以避免高温处理。

相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：

本发明提供了一种常温磁控溅射金薄膜的方法，改变传统的磁控溅射金过渡层，在常温下，采用Cr过渡层的基础上再溅射Cu过渡层，最后溅射Au功能层；基底和Cr过渡层、Cr过渡层和Cu过渡层、Cu过渡层和Au功能层都有良好的结合力，实现了常温下在光滑氧化铝陶瓷上制备具有良好结合力的金薄膜，为其在先进电子器件和传感器等领域的应用提供更多可能性。

该方法也推动了磁控溅射技术在温敏材料、生物材料或有机基底材料等需要避免加热的材料上的进一步发展，拓展新型材料的应用范围和潜力。

附图说明

图1为本发明提供的常温磁控溅射金薄膜的方法的流程图。

图2为本发明实施例1制得的金薄膜的样品实物图。

图3为本发明实施例1所制得的金薄膜在场发射扫描显微镜下观察到的表面形貌图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。

实施例1：

根据图1所示流程，在本实施例中，常温磁控溅射金薄膜的方法，具体实施步骤如下：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，然后用氮气吹干。

(2)使用离子源轰击陶瓷基片表面100秒，为基片表面做活化处理。离子源选自AD-IBE150离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA。

(3)常温磁控溅射过渡层Cr，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度3nm。

(4)在上述步骤的基础上常温磁控溅射过渡层Cu，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度3nm。

(5)在上述步骤的基础上常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为17min30s，厚度500nm。

步骤(3)中，过渡层Cr与陶瓷基底，以及与铜Cu的结合力较好。溅射的温度是常温，溅射时样品台无需加热。

本实施例通过改变传统的磁控溅射金过渡层，采用Cr过渡层的基础上再溅射Cu过渡层。陶瓷基底和Cr过渡层、Cr过渡层和Cu过渡层、Cu过渡层和Au功能层都有良好的结合力。通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，粘了再撕反复三次，金膜不掉，表面在粗糙度为10nm的光滑陶瓷片具有良好的结合力。该方法能够实现常温下在氧化铝陶瓷上制备具有良好结合力的金薄膜，为其在先进电子器件和传感器等领域的应用提供新的可能性。

如图2，该样品为实施例1做出来的成品，可以看出表面光洁，边缘无毛刺，外观良好。如图3，对实施例1做出的成品进行2万倍扫描电镜表面形貌表征，可以看出镀的金膜表面致密，没有明显缺陷。

实施例2：

本实施例中，常温磁控溅射金薄膜的方法，具体包括以下步骤：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，后用氮气吹干。

(2)使用AD-IBE150离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA，轰击陶瓷基片表面100秒，为基片表面做活化处理。

(3)常温磁控溅射过渡层Cr，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度3nm。

(4)常温磁控溅射过渡层Cu，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度3nm。

(5)常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为105min，厚度3000nm。

本实施例中，增加了金薄膜的厚度，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，结果表明只要镀了Cr和Cu过渡层，经过胶粘法测试，即使镀较厚的金膜效果也较好。

实施例3：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，后用氮气吹干。

(2)使用AD-IBE150离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA，轰击陶瓷基片表面100秒，为基片表面做活化处理。

(3)常温磁控溅射过渡层Cr，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度约3nm。

(4)常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为17min30s，厚度约500nm。

本实施例没有镀Cu过渡层，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，结果是一撕金膜就掉。表明第二层的Cu过渡层对于金薄膜结合力的提升有着非常重要的作用。

实施例4：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，后用氮气吹干。

(2)离子源轰击陶瓷基片100秒，为基片表面做活化处理。

(3)在上述步骤的基础上常温磁控溅射过渡层Cu，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度约3nm。

(4)在上述步骤的基础上常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为17min30s，厚度约500nm。

本实施例没有镀Cr过渡层，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，结果是一撕金膜就掉，表明第一层的Cr过渡层对于金薄膜结合力的提升有着非常重要的作用。

实施例5：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，后用氮气吹干。

(2)使用AD-IBE150离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA，轰击陶瓷基片表面100秒，为基片表面做活化处理。

(3)常温磁控溅射过渡层TiW，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度约2nm。

(4)常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为17min30s，厚度约500nm。

实施例5仅用TiW过渡层，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，结果是一撕金膜就掉。表明仅仅TiW过渡层对于金薄膜结合力的提升几乎没有作用。

实施例6：

(1)分别通过丙酮、去离子水和酒精超声清洗10min需要磁控溅射金薄膜的陶瓷基片，后用氮气吹干。

(2)使用AD-IBE150离子束刻蚀机，能量500eV，束流80～120mA，中和电流100～125mA。轰击陶瓷基片表面100秒，为基片表面做活化处理。

(3)常温磁控溅射过渡层TiW，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度约2nm。

(4)常温磁控溅射过渡层Cu，电源功率为80W，氩气流量100sccm，溅射气压0.5Pa，溅射时间为30s，厚度约3nm。

(5)常温磁控溅射Au，电源功率为80W，氩气流量80sccm，溅射气压0.5Pa。溅射时间为17min30s，厚度约500nm。

实施例6镀有TiW和Cu两层过渡层，通过3M-600型胶带使用胶粘法测试膜层附着力，结果是一撕金膜就掉。表明第一层的TiW过渡层和第二层的Cu过渡层结合力并不是很好。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。