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薄膜导电材料

/thin film conducting material/
条目作者杨士勇

杨士勇

最后更新 2024-05-24
浏览 222
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厚度小于1微米、具有导电特性的薄膜材料的统称。

英文名称
thin film conducting material
所属学科
材料科学与工程

薄膜导电材料通常分为:①单元素薄膜,通常指用单一金属形成的薄膜导电材料,主要是铝膜。主要用作电容器的电极、电阻器的端头、电感器螺旋导电带和多层布线等。其优点是导电性好,成膜工艺简单,无需用别的金属打底;缺点是抗电迁移能力较弱,易与金形成脆性的金属间化合物,影响元件和电路的可靠性,表面的氧化层给锡焊带来困难等。②多层薄膜,由不同的金属膜构成的多层导电材料,有二元系统、三元系统和四元系统等,主要有铬-金薄膜、镍铬-金薄膜、钛-金薄膜、钛-钯-金薄膜、钛-铂-金薄膜、镍铬-铜-钯-金薄膜、钛-铜-镍-金薄膜和铬-铜-镍-金薄膜、铁铬铝-铜-金薄膜和透明导电薄膜等。多层薄膜导电材料能较好地满足对薄膜导电材料的要求,是应用最广泛的薄膜导电材料。其结构一般包括底层和顶层两个部分。底层也称黏附层,主要起黏附作用,使顶层导体膜能牢固地附着在基片上,通常采用易氧化的金属,以便与基质中的氧形成化学键。顶层主要起导电和焊接作用,通常采用导电性好、化学稳定性高的金属,有时还在底层和顶层之间加入中间层,以阻止两层的相互扩散和降低成本。

薄膜导电材料具有以下特点:导电率高、热导率高、机械强度高,对电路元件不产生有害影响,受碱金属离子及湿度等引起的电化学反应影响小,高温状态下电气特性不发生变化,不发生蠕变现象;附着力大,成膜及形成图形容易;可形成电阻、电容,可进行选择性蚀刻;可进行金丝、铝丝引线键合及焊接。薄膜导电材料电阻率高于同种块状材料,是由于其薄膜厚度较薄所产生的表面散射效应和薄膜较高的杂质、缺陷浓度等因素造成的。连续金属薄膜材料的电阻率为声子、杂质、缺陷、晶界和表面对电子散射所产生的电阻率之和。

薄膜导电材料主要用于形成电子线路图形,为半导体元件、半导体芯片、电阻、电容等电路搭载部件提供电极、相互引线以及金属化等。

薄膜导电材料的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、真空蒸镀法和化学气相沉积法等。

薄膜导电材料的发展方向为:①高温薄膜导电材料,主要包括钛钨-金复合薄膜,可在400~450℃稳定工作。采用溅射工艺制备钛钨膜,溅射靶为钛、钨复合靶,钛的质量分数为10%。钛钨膜的附着性很好,而且与金膜之间无明显的扩散效应,为降低薄膜导电材料的成本,应尽可能地减少贵金属的使用。②贱金属薄膜导电材料,主要包括镍膜、镍铬-镍膜和铜膜等。采用镍膜和镍铬-镍膜端头的氧化钼薄膜电阻器,在150℃老化1000小时,其阻值变化1%左右,在同样的老化条件下采用镍膜端头电极的镍铬薄膜电阻器的阻值变化小于0.5%。采用溅射工艺可同时制作镍铬电阻膜和铜膜端头,铜膜的厚度为1.5微米,膜层淀积后立即用锡铅焊材对铜膜进行保护,采用铜膜端头的镍铬膜电阻器仍有良好的性能,稳定性高。随着高分辨率、大尺寸平面显示器,太阳能电池,节能红外反射膜和电致变色窗等的广泛应用,对透明导电薄膜材料的需求也在增大。

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