一種多孔結(jié)構(gòu)銅納米線陣列的制備方法及其薄膜電導(dǎo)率的測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種銅納米線陣列的常溫制備方法，它是在磁控濺射儀中，將銅靶材放入磁控濺射儀的真空室中的直流臺(tái)上；把基板放置于樣品臺(tái)2上；調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與直流臺(tái)1的距離至50-90mm；對(duì)真空室抽真空，從而使真空室內(nèi)的真空度達(dá)到2.0×10-4-4.0×10-4Pa；在室溫條件下，向真空室中充入氬氣，并將氬氣壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至1.0-2.0Pa；施加直流電壓于緊接靶材的陰極和緊接基板后的陽(yáng)極間（即直流電壓）,使電流為80-120mA，電壓為0.25-0.35kV；沉積1-7小時(shí)，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25℃后，制得有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁、石英或銅基板。本發(fā)明中所得到的銅納米線陣列結(jié)構(gòu)均一，有效的保證了納米相的均勻分布，整個(gè)沉積工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，易于規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種多孔結(jié)構(gòu)銅納米線陣列的制備方法及其薄膜電導(dǎo)率的測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在室溫條件下，采用磁控濺射法在氮化鋁基板上制備出銅納米線陣列的方法。一種采用四探針?lè)y(cè)試銅納米線陣列薄膜電導(dǎo)率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料可廣泛應(yīng)用于化工、電子、紡織、輕工、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，其中最具發(fā)展前景的是電子行業(yè)。一維結(jié)構(gòu)納米材料(如納米線、納米棒和納米管等)是當(dāng)前納米材料研究的一大熱點(diǎn)。一維金屬納米材料很好地集合了一維納米材料及金屬本身的特性，也具備優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。目前一維金屬納米材料因其在超高密度磁存儲(chǔ)、超快光開(kāi)關(guān)、微波設(shè)備方面存在潛在的應(yīng)用及利用光學(xué)材料的非線性光學(xué)限幅效應(yīng)的激光防護(hù)作用而倍受矚目。特別是金屬納米線在納米電子器件方面具有很大的應(yīng)用潛力。Cu納米線是一種具有較好柔韌性的金屬納米線，在眾多納米金屬線中，由于其具有優(yōu)異的電學(xué)以及催化性能，特別的場(chǎng)發(fā)射特性，優(yōu)良的機(jī)械特性，特殊的光學(xué)性能和低的原材料成本等特點(diǎn)而被廣泛研究。
[0003]銅納米線的制備方法有很多，主要為化學(xué)法。常見(jiàn)的有模板法、溶膠一凝膠、氣相法、液相法和機(jī)械化學(xué)法等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這些化學(xué)法制備納米線的過(guò)程復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間慢、需要在一定的溫度下發(fā)生反應(yīng)、反應(yīng)的重復(fù)性差等缺點(diǎn)限制了銅納米線的大規(guī)模生產(chǎn)。磁控濺射法是一種在高真空室中充入適量的氬氣，一般在濺射靶陰極和基板陽(yáng)極之間施加直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離，氬離子被陰極加速并轟擊陰極靶表面，將靶材表面原子濺射出來(lái)沉積在基底表面上形成薄膜的方法。磁控濺射法具有反應(yīng)溫度低，鍍膜層與基板的結(jié)合力強(qiáng)、鍍膜層致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)。直流磁控濺射技術(shù)利用磁場(chǎng)與電場(chǎng)交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運(yùn)行，從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電 場(chǎng)作用下撞向靶面從而濺射出靶材，從而實(shí)現(xiàn)濺射。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的是提供一種銅納米線陣列的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種銅納米線陣列的制法，它包括如下步驟:
[0007]在磁控濺射儀中(見(jiàn)圖1所示)，
[0008]1.將銅靶材放入磁控濺射儀的真空室中的直流臺(tái)上；
[0009]2.把氮化鋁、石英或銅(根據(jù)應(yīng)用需要，三者選一)基板放置于樣品臺(tái)2上；
[0010]3.調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與直流臺(tái)I的距離至50-90mm ；
[0011]4.對(duì)真空室抽真空，從而使真空室內(nèi)的真空度達(dá)到2.0\10_4-4.0父10_4卩&;
[0012]5.在室溫條件下，向真空室中充入氬氣，并將氬氣壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至1.0-2.0Pa,以調(diào)節(jié)濺射出來(lái)的銅在到達(dá)基板的過(guò)程中的散射程度，從而調(diào)節(jié)沉積速率；[0013]6.施加直流電壓于緊接靶材的陰極和緊接基板后的陽(yáng)極間(即直流電壓)，使電流為80-120mA，電壓為0.25-0.35kV，使電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片，氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜，二次電子在加速飛向基片的過(guò)程中受到磁場(chǎng)洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場(chǎng)的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)，該電子的運(yùn)動(dòng)路徑很長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，經(jīng)過(guò)多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠(yuǎn)離靶材，最終沉積在基片上。從而實(shí)現(xiàn)磁控濺射中通過(guò)直流電流電壓的大小(即陰陽(yáng)極間產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度)進(jìn)行調(diào)節(jié)并可以調(diào)控濺射出來(lái)的Cu的多少?gòu)亩{(diào)節(jié)沉積速率；
[0014]7.沉積1-7小時(shí)，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，制得有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁、石英或銅基板。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁控濺射裝置的簡(jiǎn)示圖:其中1-直流臺(tái)，2-樣品臺(tái)，3-擋板，4-氬氣進(jìn)氣口，5-質(zhì)量流量計(jì)，6-真空閥門，7-真空室，8-樣品臺(tái)自轉(zhuǎn)軸，9-基板加熱裝置，10-陰極，11-陽(yáng)極，12-屏蔽罩，13-電場(chǎng)線，14-磁場(chǎng)線
[0016]圖2-圖9是分別采用本發(fā)明的實(shí)施例的方法制得的產(chǎn)物一銅納米線陣列的各個(gè)實(shí)施例的SEM圖和XRD圖。
[0017]圖10是銅納米線陣列薄膜的測(cè)試模塊制作圖、電導(dǎo)率測(cè)試原理圖和銅納米線陣列薄膜的電導(dǎo)率曲線。
圖11是實(shí)施例10制得的產(chǎn)物銅納米線陣列薄膜的掃描電鏡照片。
圖12a是采用四探針?lè)y(cè)試`銅納米線陣列的電導(dǎo)率的薄膜樣品固定在陶瓷支撐體的示意圖。
圖12b是采用四探針?lè)y(cè)試銅納米線陣列的電導(dǎo)率的裝置原理示意圖。
圖12c是實(shí)施例11銅納米線陣列薄膜的電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明中Cu靶材為導(dǎo)體，因此采用的磁控濺射方法為直流濺射。
[0019]為了成功制備Cu納米線陣列，合理地控制Cu在濺射過(guò)程中的生長(zhǎng)速度是制備Cu納米線陣列的關(guān)鍵。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁控濺射法制備碲化鎘納米線陣列的技術(shù)方案為:將商用銅靶材放入直流臺(tái)中，把氮化鋁基板放置于樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)氮化鋁基板與濺射源的距離d，并調(diào)芐基板溫度、調(diào)節(jié)濺射功率Pw、濺射工作氣壓Pg，由于這些參數(shù)有些和沉積速率成正相關(guān)關(guān)系，有些成負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此在研究某一參數(shù)變化對(duì)沉積速率影響時(shí)，應(yīng)該固定其余的反應(yīng)參數(shù)以研究其相互關(guān)系。根據(jù)理論分析，濺射出來(lái)的Cu的多少與速率由直流臺(tái)的功率決定(即濺射電壓與電流值的乘積)，濺射出來(lái)的Cu由氬氣(濺射工作氣壓Pg)進(jìn)行散射經(jīng)過(guò)氮化鋁基板與濺射源的距離(d)到達(dá)氮化鋁、石英或銅基板進(jìn)行沉積，因此濺射功率與沉積速率成正相關(guān)關(guān)系，濺射工作氣壓如果太大，將加大散射濺射出來(lái)的Cu，散射嚴(yán)重減少了到達(dá)氮化鋁基板的Cu，因此濺射工作氣壓與沉積速率成負(fù)相關(guān)關(guān)系，氮化鋁、石英或銅基板與濺射源的距離越長(zhǎng)，將使濺射出來(lái)的Cu散射的時(shí)間增加，因此靶基距的大小與沉積速率成負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，只有在合理的調(diào)控以上參數(shù)使Cu的沉積速率在一個(gè)合適的值，并設(shè)定一定的基板溫度T(影響沉積到基板上的Cu的結(jié)晶成核過(guò)程，對(duì)是否形成納米線有較大的影響)才能形成Cu納米線陣列。
[0020]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用磁控濺射法制備銅納米線陣列的方案包括:
[0022]將銅靶材(如商用銅靶材)放入磁控濺射儀的真空室7的直流臺(tái)I上，把氮化鋁、石英或銅基板放置于樣品臺(tái)2上，調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與直流臺(tái)I的距離d至預(yù)定距離(d =50-90mm)在這個(gè)范圍內(nèi)，從而使濺射出來(lái)的銅到達(dá)基板的距離落在合適的范圍內(nèi)；
[0023]打開(kāi)抽真空裝置6對(duì)真空室7抽真空抽出空氣防止氧化并為下一步?jīng)_入氬氣做準(zhǔn)備，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到預(yù)定值(如2.0X10_4Pa~4.0X10_4Pa)；
[0024]打開(kāi)加熱控制電源，并啟動(dòng)樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8使基板以一定的速度進(jìn)行自轉(zhuǎn)，以使沉積的薄膜較為均勻，讓氮化鋁、石英或銅基板溫度上升至25°C -200°C以調(diào)控Cu的結(jié)晶條件；
[0025]借助質(zhì)量流量計(jì)5調(diào)節(jié)気氣流量為25sccm。
[0026]打開(kāi)氬氣進(jìn)氣口 4，往真空室7中充入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.0-2.0Pa可以調(diào)節(jié)濺射出來(lái)的Cu在到達(dá)基板過(guò)程中的散射程度從而調(diào)節(jié)沉積速率；
[0027]旋轉(zhuǎn)擋板3將靶材與氮化鋁、石英或銅基板隔離；
[0028]施加直流電壓于緊接靶材的陰極10和緊接基板后的陽(yáng)極11之間，調(diào)節(jié)直流電流為80mA-120mA，電壓為0.25kV _0.35kV，利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用，使電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子；通過(guò)對(duì)直流電流/電壓的大小(即交流電流和交流電壓大小)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)控濺射出來(lái)的Cu的多少?gòu)亩{(diào)節(jié)沉積速率；順時(shí)針(如圖)旋轉(zhuǎn)擋板3至接觸真空室壁，使濺射出來(lái)的Cu能夠到達(dá)氮化鋁、石英或銅基板；
[0029]沉積2-7小時(shí)；
[0030]制備完畢，關(guān)閉直流電源，在所有條件不變的情況下，原味退火20min，自然冷卻至室溫后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁、石英或銅基板。
[0031 ] 在本發(fā)明的制備方法中，先要調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與直流臺(tái)(濺射源)I的距離d、濺射氣壓、基板溫度、射頻電源的大小，然后開(kāi)始濺射才能夠控制獲得沉積在氮化鋁基板上的碲化鎘納米線陣列，使得磁控濺射沉積制得的碲化鎘納米線陣列結(jié)構(gòu)均一，有效保證了納米相的均勻分布。本發(fā)明中根據(jù)四探針?lè)ú捎肸EM-3測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)銅納米線陣列薄膜的電導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試。
[0032]根據(jù)本發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的優(yōu)選距離約為50-90mm，優(yōu)選濺射工作氣壓約為1.4-1.6Pa，優(yōu)選濺射電流約為100-110mA，優(yōu)選濺射電壓約為0.29-0.31kV，優(yōu)選基底溫度在室溫范圍；在這些優(yōu)選參數(shù)下，所得到的納米線結(jié)構(gòu)更為均一致密，效果較佳。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]磁控濺射儀:JGP-450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)；
[0035]基板類型:氮化鋁；
[0036]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm ；
[0037]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0038]打開(kāi)加熱控制電源9,并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8,讓基底溫度保持在室溫；
[0039]往真空室7充入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ;
[0040]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0041]沉積時(shí)間2h;
[0042]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。[0043]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖2a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相，且(111)面定向明顯。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為IOOnm且分布較為均勻，表面平整光滑，膜厚為I μ m左右，沉積效果較好，掃描電鏡照片如圖2b和2c所示。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]磁控濺射儀:JGP-450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0046]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0047]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0048]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度上升至100°C ；
[0049]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；
[0050]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0051]沉積時(shí)間2h;
[0052]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。
[0053]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖3a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為200nm且分布較為均勻，納米線之間有部分交聯(lián)，有從圓柱狀納米線向扁平片狀納米線轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，膜厚為SOOnm左右，沉積效果不佳，掃描電鏡照片如圖3b和3c所不。
[0054]實(shí)施例3:
[0055]磁控濺射儀:JGP_450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0056]基板類型:氮化鋁；
[0057]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0058]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0059]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度上升至200°C ；
[0060]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；[0061]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0062]沉積時(shí)間2h ；
[0063]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。
[0064]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖4a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線納米線之間交聯(lián)在一起，納米線陣列嚴(yán)重變形，厚度變?yōu)?00nm左右，與基板之間結(jié)合較差有卷起的部分，掃描電鏡照片如圖4b和4c所示，說(shuō)明基底溫度對(duì)銅納米線陣列的影響。
[0065]實(shí)施例4:
[0066]磁控濺射儀:JGP-450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0067]基板類型:氮化鋁；
[0068]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=50mm
[0069]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0070]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0071]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ;
[0072]調(diào)節(jié)直流電流`為110mA，電壓為0.30kV
[0073]沉積時(shí)間2h ；
[0074]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。
[0075]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖5a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相，且在(111)方向定向明顯。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為IOOnm且分布較為均勻，表面平整光滑，沉積效果較好，膜厚增加，掃描電鏡照片如圖5b和5c所示。說(shuō)明靶基距對(duì)銅納米線陣列的影響。
[0076]實(shí)施例5:
[0077]磁控濺射儀:JGP_450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0078]基板類型:氮化鋁；
[0079]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=50mm
[0080]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0081]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0082]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；
[0083]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.3kV
[0084]沉積時(shí)間4h ；
[0085]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。
[0086]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖6a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相，且在(111)方向定向明顯。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為IOOnm且分布較為均勻，表面平整光滑，沉積效果較好，膜厚增加至10 μ m左右，掃描電鏡照片如圖6b和6c所示。
[0087]實(shí)施例6:
[0088]磁控濺射儀:JGP_450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0089]基板類型:氮化鋁；
[0090]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=50mm
[0091]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0092]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0093]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；
[0094]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0095]沉積時(shí)間7h ；
[0096]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板。
[0097]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖7a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相，且在(111)方向定向明顯。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯``微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為IOOnm且分布較為均勻，表面平整光滑，沉積效果較好，膜厚增加至20 μ m左右，掃描電鏡照片如圖7b和7c所示。說(shuō)明了沉積時(shí)間對(duì)銅納米線陣列沉積的影響。
[0098]實(shí)施例7:
[0099]磁控濺射儀:JGP-450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0100]基板類型:石英；
[0101]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0102]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0103]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0104]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；
[0105]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0106]沉積時(shí)間4h ；
[0107]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的石英基板。
[0108]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖8a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相，且在(111)方向定向明顯。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為IOOnm且分布較為均勻，表面平整光滑，沉積效果較好，膜厚為2.5μπι左右，掃描電鏡照片如圖Sb所示。說(shuō)明了在石英基底上可以成功沉積銅納米線陣列。
[0109]實(shí)施例8:[0110]磁控濺射儀:JGP_450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0111]基板類型:銅；
[0112]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0113]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4 X IO^4Pa ；
[0114]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0115]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa;
[0116]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0117]沉積時(shí)間4h;
[0118]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的銅基板。
[0119]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜進(jìn)行物相分析，如圖9a所示，說(shuō)明制得的銅納米線陣列薄膜為銅純相。將上述磁控濺射法制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線直徑為150nm且分布較為均勻，表面平整光滑，沉積效果較好，膜厚為2.5 μ m左右，掃描電鏡照片如圖9b所示。說(shuō)明了基底類型對(duì)銅納米線陣列沉積的影響。
[0120]實(shí)施例9:
[0121]磁控濺射儀:JGP_450 a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0122]基板類型:氮化鋁；
[0123]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0124]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；
[0125]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度保持在室溫；
[0126]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ；
[0127]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0128]沉積時(shí)間2h;
[0129]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板；
[0130]把制有銅納米線陣列的氮化鋁基板在氮?dú)夥障拢?00°C退火20min，自然冷卻至室溫，取出制有銅納米線陣列的氮化鋁基板。
[0131]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線交融在一起，薄膜表面出現(xiàn)均勻的孔洞，膜厚降低至700nm左右,掃描電鏡照片如圖1Oa和IOb所示。
[0132]實(shí)施例10:
[0133]磁控濺射儀:JGP_450a型多靶磁控濺射沉積系統(tǒng)(中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心有限公司)
[0134]基板類型:氮化鋁；
[0135]調(diào)節(jié)樣品臺(tái)2與射頻臺(tái)I的距離d=90mm
[0136]對(duì)真空室7抽真空，使真空室7內(nèi)真空度達(dá)到3.4X 10_4Pa ；[0137]打開(kāi)加熱控制電源9，并開(kāi)啟樣品自轉(zhuǎn)臺(tái)8，讓基底溫度上升至100°C ；
[0138]往真空室7沖入氬氣，并調(diào)節(jié)氣壓為1.5Pa ;
[0139]調(diào)節(jié)直流電流為110mA，電壓為0.30kV
[0140]沉積時(shí)間2h ；
[0141]制備完畢，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫25°C后，取出制有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁基板；
[0142]把制有銅納米線陣列的氮化鋁基板在氮?dú)夥障拢?00°C退火20min，自然冷卻至室溫，取出制有銅納米線陣列的氮化鋁基板。
[0143]采用X射線衍射儀對(duì)制得的銅納米線陣列薄膜在掃描電子顯微鏡下觀察，銅納米線陣列薄膜中的納米線交融在一起，薄膜表面與未退火薄膜表面比較沒(méi)有太大變化，膜厚由800nm左右降低至750nm左右，變化不大，掃描電鏡照片如圖1la和Ilb所示。說(shuō)明了在室溫條件下制備的銅納米線陣列具有均勻的孔結(jié)構(gòu)。
[0144]從上述實(shí)施例，我們可以看出實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6的納米線陣列均勻且表面光滑，XRD說(shuō)明其定向性也很好，實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6采用最優(yōu)參數(shù)范圍沉積薄膜，因此得到最佳的效果。
[0145]實(shí)施例11:
[0146]采用四探針?lè)y(cè)試實(shí)施例1制備的銅納米線陣列的電導(dǎo)率，其特征在于包括:
[0147]切割一塊5X5X20mm的陶瓷塊作為中間支撐體，選用兩片厚度為25 μ m的Ni片作為上下電極；`
[0148]將在5X15X0.38mm尺寸氮化鋁基底上沉積的薄膜樣品固定在陶瓷支撐體的正中，并用導(dǎo)電銀漿將薄膜兩端與Ni片相連，以形成電通路，如圖12a所示；
[0149]使樣品在100°C和160°C分別保溫20分鐘，以提高銀漿的導(dǎo)電性；
[0150]將固定好樣品的模塊于He氣氛下利用ZEM-3 (日本ULVAC Riko公司)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試原理如圖12b所示；
[0151]測(cè)試溫度范圍是30°C _400°C。
[0152]銅納米線陣列薄膜的電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果如圖12c所示，在室溫-420K范圍內(nèi)，電導(dǎo)率隨著溫度升高逐漸減??；420K-480K，電導(dǎo)率隨著溫度上升逐漸增大；560Κ-670Κ，電導(dǎo)率隨著溫度的變化較小。說(shuō)明了銅納米線陣列的特殊結(jié)構(gòu)具有特殊的電學(xué)性能。
[0153]從上述實(shí)施例，我們可以看出實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6的納米線陣列均勻且表面光滑，XRD說(shuō)明其定向性也很好，實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6采用最優(yōu)參數(shù)范圍沉積薄膜，因此得到最佳的效果。
[0154]盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種銅納米線陣列的制法，其特征是它包括如下步驟: 在磁控濺射儀中， .1.將銅靶材放入磁控濺射儀的真空室(7)中的直流臺(tái)(I)上； .2.把氮化鋁、石英或銅(根據(jù)應(yīng)用需要，三者選一)基板放置于樣品臺(tái)(2)上； .3.調(diào)節(jié)樣品臺(tái)(2)與直流臺(tái)(I)的距離至50-90mm；.4.對(duì)真空室(7)抽真空，從而使真空室內(nèi)的真空度達(dá)到2.0X10-4-4.0X10-4Pa； .5.在室溫條件下，向真空室中充入氬氣，并將氬氣壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至1.0-2.0Pa ； . 6.施加直流電壓于緊接靶材的陰極和緊接基板后的陽(yáng)極間(即直流電壓)，使電流為80-120mA,電壓為 0.25-0.35kV ； .7.沉積1-7小時(shí)，關(guān)閉直流電源，原位退火20min，自然冷卻至室溫251:后，制得有銅納米線陣列薄膜的氮化鋁、石英或銅基板。
【文檔編號(hào)】C23C14/14GK103510048SQ201310361520
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】鄧元, 曹麗莉, 譚明, 祝薇, 葉慧紅, 崔長(zhǎng)偉 申請(qǐng)人:南京清航新材料科技有限公司