[1]朱云龙,孙 芳*,姜宏伟,等.磁控溅射法制备纳米Cu薄膜及其微结构的研究[J].电镀与精饰,2022,(3):29-34.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2022.03.006]
　ZHU Yunlong,SUN Fang*,JIANG Hongwei,et al.Preparation and Microstructure of Cu Thin Films by Magnetron Sputtering[J].Plating & Finishing,2022,(3):29-34.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2022.03.006]
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磁控溅射法制备纳米Cu薄膜及其微结构的研究()

《电镀与精饰》[ISSN:1001-3849/CN:12-1096/TG]

卷:
期数:
2022年3
页码:
29-34
栏目:
出版日期:
2022-03-01

文章信息/Info

Title:
Preparation and Microstructure of Cu Thin Films by Magnetron Sputtering
作者:
朱云龙;  孙 芳*;  姜宏伟;  肖事成
（牡丹江师范学院 物理与电子工程学院 黑龙江省新型碳基功能与超硬材料重点实验室，黑龙江 牡丹江157011）
Author(s):
ZHU Yunlong;  SUN Fang*;  JIANG Hongwei;  XIAO Shicheng
( Heilongjiang Province Key Laboratory of New Carbon-Base Functional and Superhard Material College of Physics and Electronic Engineering Mudanjiang Normal College Mudanjiang 157011 China )
关键词:
Cu ; 薄膜; 磁控溅射; 微观形貌
Keywords:
Cu;  thin film;  magnetron sputtering;  morphology
分类号:
TB742
DOI:
10.3969/j.issn.1001-3849.2022.03.006
文献标志码:
A
摘要:
采用磁控溅射法制备出以 ITO 为基底的纯 Cu 薄膜，考察溅射时间和基底温度等工艺条件对生长 Cu 薄膜的影响。用电子扫描显微镜（ SEM ）、 X 射线衍射仪（ XRD ）对薄膜的形貌、厚度和结构进行表征。实验结果表明：在一定范围内调控衬底温度和溅射时间，可获得不同形貌、尺寸和厚度的 Cu 薄膜，所得薄膜的晶体结构为面心立方结构，均沿（ 111 ）方向择优生长。时间是控制晶粒尺寸的重要因素，溅射时间为 40 min ，所得薄膜粒子较小，结晶度好，且薄膜致密均匀，随着镀膜时间的增加，膜厚与之成线性关系增加，沉积速率为 0.242 μ m/min ；温度对薄膜形貌影响显著， 100 ℃ 时可获得由小粒子堆积成的类柱状结构组成的薄膜， 200 ℃ 时可获得由小粒子堆积成的球形团簇组成的薄膜，随着镀膜温度的增加，膜厚与之不呈线性关系，沉积速率随温度的增加而增大；该方法所制备铜薄膜在催化、传感器等领域有潜在的应用价值。
Abstract:
： Cu films based on ITO were prepared by magnetron sputtering. The effect of sputtering time and substrate temperature on the growth of Cu films were studied. The morphology and structure of the produced samples were characterized by scanning electron microscope （ SEM ） and X-ray diffractometer （ XRD ） . It was shown that the size of particles constituting films can be controlled by sputtering time. In order to obtain uniform and compact films with good adhesion to substrate ， the optimum time is 40 min. When the deposition time is more than 90 min ， the film will peel from the ITO substrate. And ， the morphology evolved from pillar-like structure to sphere-like cluster structure with increasing substrate temperature ， which indicated that the morphology can be controlled by temperature. Also ， such prepared Cu films are expected to be used in catalyst ， solar energy cell ， sensors and other fields.

参考文献/References:



[1] 徐爽 , 郭雅芳 . 纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究 [J]. 物理学报 , 2013, 62(19):396-40 2.

[2] 罗鹏 , 郑誉亮 , 龚力 , 等 . 新型铜硫系薄膜太阳能电池材料制备的研究进展 [J]. 材料导报 , 2011, 25(S1):285-289.

[3] Levitskii V S, Shapovalov V I, Komlev A E, et al. Raman spectroscopy of copper oxide films deposited by reactive magnetron sputtering[J]. Technical Physics Letters, 2015, 41(22): 55-60.

[4] Meyer C D, Bedair S S, Morgan B C, et al. Influence of layer thickness on the performance of stacked thick-film copper air-core power inductors[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, 48(11): 4436-4439.

[5] 范晓燕 , 袁霞 , 逄增媛 , 等 . 磁控溅射法制备 Cu-PANI/PA6 复合纳米纤维及其氨敏性能研究 [J]. 化工新型材料 , 2014, 42(9): 125-128.

[6] Sun F, Guo Y P, Zhang J D, et al. The effect of additives on the Cu 2 O crystal morphology in acetate bath by electrodeposition[J]. Journal of Crystal Growth, 2007, 310(2): 318-323.

[7] 张明朝 , 陈卫东 , 李玲 . 纳米 Cu/SiO 2 薄膜制备及其性能 [J]. 四川师范大学学报 ( 自然科学版 ), 2020, 43(4):521-527.

[8] Seung W R, Soohyeon K, Jaehong Y, et al. Area-selective chemical vapor deposition of Co for Cu capping layer[J]. Current Applied Physics, 2016, 16(1): 88-92.

[9] Li J J, Shi Y C, Liu H, et al. The application of optical emission spectrum in copper film deposition by RF magnetron sputtering[J]. Advanced Materials Research, 2014,1035(3496): 469-475 .

[10] Jiang Y Y, Li Y, Gao Y P, et al. Photoelectric properties of Cu 2 O thin filims prepared by room-temperature water bath[J]. Materials Research Express, 2017, 4(3): 036404-1-036404-10.

[11] 高金凤 , 李明慧 , 徐键 , 等 . 溶胶 - 凝胶法制备铜锌锡硫薄膜及其太阳能电池的研究进展 [J]. 材料导报 , 2017,31(17): 146-151.

[12] 谭学强 . 磁控溅射纳米 Cu 膜织物导电性能研究 [D]. 天津 : 天津工业大学 , 2019.

[13] 郭俊婷 , 徐阳 . 磁控溅射法沉积纳米 Cu 薄膜的性能研究 [J]. 功能材料 , 2015, 46(5): 5123-5127.

[14] 陈皓帆 , 杨丽红 . 磁控溅射工艺参数对 Cu 薄膜电阻率的影响 [J]. 电子元件与材料 , 2013, 32(4): 12-15.

[15] 谈淑咏 , 张旭海 , 朱迪 , 等 . 直流脉冲磁控溅射铜膜的结构与性能研究 [J]. 功能材料 , 2017, 48(2):2144-2148.

[16] 杜永利 , 郜小勇 , 高旭斌 , 等 . 单斜氧化铜薄膜的磁控溅射制备及表征 [J]. 真空科学与技术学报 , 2018, 38(5):375-379.

[17] Boo J H, Jung M J, Park H K, et al. High-rate deposition of copper thin films using newly designed high-power magnetron sputtering source[J]. Surface and Coatings Technology, 2004, 188: 721-727.

[18] 刘飞 , 朱昊 , 张勋泽 , 等 . 磁控溅射法制备纳米铜膜及其电学性能研究 [J]. 电子元件与材料 , 2018, 37(6): 23-29.

[19] 自兴发 , 杨雯 , 杨培志 , 等 . 溅射功率对脉冲磁控溅射沉积 Cu 2 O 薄膜结构和光学性能的影响 [J]. 人工晶体学报 , 2014, 43(4): 1003-1008.

[20] 樊志琴 , 何源源 , 李瑞 . 磁控溅射 Cu 薄膜的光电性能研究 [J]. 人工晶体学报 , 2017, 46(6): 1072-1077.

[21] 郝丽华 , 谢萌阳 , 胡浩 , 等 . 黄铜基底上铜 / 锌复合氧化物薄膜的制备及光电化学性能研究 [J]. 电镀与涂饰 ,2018, 37(11): 484-491.

[22] Hang H J, Kim D J, Jang Y R, et al. Multi-pulsed flash light sintering of copper nanoparticle pastes on silicon wafer for highly-conductive copper electrodes in crystalline silicon solar cells[J]. Applied Surface Science, 2018,462(31): 378-386.

[23] 吴伟 . 材料科学基础 [M]. 北京 : 中国铁道出版社 , 2015.

[24] 刘孝敏 . 工程材料的微细观结构和力学性能 [M]. 合肥 : 中国科学技术大学出版社 , 2003.

[25] 郑伟涛 . 薄膜材料与薄膜技术 ( 第二版 )[M]. 北京 : 化学工业出版社 , 2 007.

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期： 2021-01-03 修回日期： 2021-04-17 作者简介： 朱云龙（ 2000 —），男，本科，在读学生， E-mail ： 2261416703@qq.com * 通信作者： 孙芳（ 1978 —），女，博士，教授， E-mail ：： fangfanghuaxue@163.com 基金项目： 黑龙江省自然科学基金（ LH2019A024 ）；牡丹江师范学院校级项目（ YB2019008 ）；大学生创新创业项目（ 201910233032 ）
更新日期/Last Update: 2022-03-11