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W-Ti合金薄膜在微电子等方面具有良好应用前景,通过溅射法制备的W-Ti薄膜(Ti质量分数为10%-30%)已作为Cu布线扩散阻挡层,既能够阻挡Cu的扩散义能有效改善Cu与基体(Si和SiO2等)的结合强度,正成为Cu布线扩散阻挡层的主导材料之一。因此研究与开发出制备工艺简单、致密度高、且具有单相富钨固溶体的W-Ti合金靶材成为目前的研究热点。
本文通过采用冷等静压+液相烧结法制备了W-10Ti合金靶材,在确定了适宜的冷等静压压制工艺后,在相同的烧结工艺前提下,主要研究了不同粒度的W粉和TiH2颗粒对W-10Ti合金靶材的组织与性能的影响。研究得出以下结论:
1.冷等静压压制不同粒度的W粉与TiH2粉末优化的压制压力为260MPa,保压时间5min。
2.微米级W粉与TiH2粉的压坯通过液相烧结制备的W-10Ti合金组织中,W和Ti含量分布比较均匀,形成了相对单一的富W固溶体,该相中Ti含量达到g.Og%,但致密度较低;纳米级W粉与TiH2粉末通过液相烧结制备的W-10Ti合金致密度最高,达到97.3%,但这种方法制备的合金组织中并没有形成相对单一的富W固溶体相,形成了较多的富Ti固溶体相。
3.相对于分别选用单一纳米W粉、单一微米W粉与TiH2粉为原料制备的W-10Ti合金,选用纳米与微米W粉级配后再与TiH2粉混合后制备W-10Ti合金,得到的合金致密度和组织均有很大改善,且随着纳米与微米W粉级配比的减少,致密度有所降低,但形成的富W固溶体相却有增多的趋势。
4.通过对比分别采取300nm的W粉和800nm的W粉与常规W粉级配后与TiH2烧结得到的样品可以发现,选取300nm的W粉参与级配后得到的W-10Ti合金的性能要好于800nm的W粉参与级配;对比确定选用级配比为1:2的300nm的W粉与常规微米W粉和TiH2混合烧结后可以得到致密度95%左右,且富W固溶体相较多的W-10Ti合金。
5.将经球磨时间为24h的TiH2颗粒与级配比为1:2的W粉压制烧结后得到的W-Ti合金可以达到95%以上的高致密度,并且形成了相对单一的富W固溶体相。