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W具有高的熔点、高的密度、低的热膨胀系数和高的强度,Cu具有很好的导热、导电性和高的热膨胀系数。由Cu和W复合成的W-Cu薄膜具有热稳定性高、电阻率低、强度硬度高、避免铜硅间反应等优点,非常适用于在要求微型化、高性能和低成本的集成电路、大功率激光器和大功率微波器件中。W-Cu薄膜由于具有独特的性能,是一种新型功能材料。但是用常规的方法很难制备出W-Cu薄膜,磁控溅射技术是一种十分有效的薄膜制备方法。 研究中分别采用单靶、双靶直流磁控溅射法在单晶Si基体和Al2O3陶瓷基体上溅射制备W-Cu薄膜。运用扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微分析、双电测四探针测试仪及涂层附着力自动划痕仪等手段研究W-Cu薄膜的组织与性能,探讨了制备技术和工艺参数的影响。获得的结果表明: (1)单靶直流磁控溅射法在不同基体上溅射制备的W-Cu薄膜成分相同且都为晶态结构;单晶Si/W-Cu薄膜的弹性模量(E)与显微硬度(H)大于Al2O3陶瓷W-Cu薄膜的弹性模量(E)与显微硬度(H);Al2O3陶瓷/W-Cu薄膜厚度是5.665μm,临界载荷为14.5N;单晶Si/W-Cu薄膜厚度是1.552μm,临界载荷为9.1N;Al2O3陶瓷/W-Cu薄膜的电阻率是0.697×10-6Ω·m,单晶Si/W-Cu薄膜的电阻率是15.83×10-6Ω·m。 (2)对双靶直流磁控溅射法,采用正交试验方法,优化了磁控溅射法制备W-Cu薄膜工艺。最佳的磁控溅射工艺是:真空度4×10-3pa、Ar气流量20sccm、预溅射单晶Si和靶材(W靶电流0.3A、Cu靶电流0.3A)、预溅射时间15min、工作气压0.1Pa、靶基距120mm、溅射时间60min、Cu靶电流1.0A、W靶电流1.0A、基体旋转速度7r/min。单晶Si基体上溅射制备的W-Cu薄膜致密均匀。厚度为681.4~1301.0nm,电阻率为0.233~1.469×10-6Ω·m,临界载荷为7.1~17.05N。薄膜的生长方式为岛状或者层状-岛状生长。