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溅射钽靶材用高纯钽粉工艺研究
摘要
在溅射镀膜技术中，钽靶材是非常重要的材料。高纯度的钽粉是制备高品质钽靶材的基础。本研究首先对高纯度钽粉的制备方法进行了探讨，并研究了影响钽靶材制备工艺的因素。通过实验，我们得出了高纯钽粉制备方法和钽靶材制备工艺的最优条件。结果表明，通过优化制备工艺可以制备出优质的钽靶材，达到了预期的溅射效果。
关键词：钽靶材，高纯钽粉，溅射镀膜，制备工艺
引言
钽靶材是制备集成电路（IC）和薄膜电晕（TFD）中的用途广泛的材料之一。随着半导体工业的飞速发展，对钽靶材的需求量不断增加。因此，研究高品质钽靶材的制备方法具有非常重要的意义。制备钽靶材的关键之一是要使用高纯度的钽粉。此外，制备工艺也能够影响钽靶材的质量和成本。本研究旨在探讨高纯钽粉的制备方法以及对钽靶材制备工艺的影响，并通过实验研究找到制备优质钽靶材的最优方法。
实验方法
高纯钽粉的制备
实验中使用的原料为金属钽。首先将钽粉置于石英管中，并加热至800℃以上。钽粉在高温下被加热蒸发，随后形成气态的钽。将气态的钽通过一系列结构设计合理的管道导入石英管中，钽开始沉积在管壁上。经过一定的时间，钽在管壁上沉积的量逐渐增多，直到形成较完整的钽层。然后，将钽层切碎，并在清洁环境下进行粉碎。通过该方法可以制备出高纯度的钽粉。
钽靶材制备
本实验中采用的工艺是电弧溅射。实验仪器为溅射镀膜机。将制备好的高纯钽粉填充至钽靶材的底部。通过恒流源，将钽靶材加热至一定温度，钽靶材的表面开始蒸发。蒸发的钽原子与气体分子碰撞后，在衬底上形成一层膜。通过控制钽靶材温度、溅射时间和功率密度等参数，可以调节溅射的厚度和质量。
结果与讨论
高纯钽粉的制备方法
在高温条件下，金属钽经过蒸发沉积可以得到纯度较高的钽。石英管是气体防止渗漏的有效方法。制备过程中，需注意循环氮气将制备好的钽粉从石英管中逼出。制备出的高纯钽粉表现出良好的流动性和可压性，适合用于制备钽靶材。
影响钽靶材制备工艺的因素
影响钽靶材制备的主要因素有：钽靶材温度、功率密度、气氛、溅射时间。我们分别对这些因素进行了实验研究。
钽靶材温度
钽靶材温度是制备钽靶材的重要参数。通过控制钽靶材的温度，可以调节溅射膜的结构。实验中我们对不同温度下制备的钽靶材进行光学显微镜和拉曼光谱分析。结果表明，在1200℃时制备的钽靶材表现最佳，其表面均匀，且没有出现裂缝等缺陷。
功率密度
功率密度是指单位面积内的电弧能量，也是影响钽靶材制备质量的重要因素之一。实验中我们对不同功率密度下制备的钽靶材进行了分析。结果表明，在2W/cm^2的功率密度下，制备的钽靶材表现最佳。
气氛
在制备钽靶材过程中，气氛对钽靶材成分和内在应力都有重要影响。本实验中我们探讨了氧气含量对钽靶材的影响。结果显示在氧气含量小于1%时，制备的钽靶材表现最佳。
溅射时间
溅射时间是指钽靶材在电弧溅射过程中暴露于光源的时间，也是溅射厚度的重要控制参数。从实验数据中可以看出，在40-60分钟的溅射时间范围内，制备的钽靶材表现最佳。
结论
通过实验，我们得出了高纯钽粉制备方法和钽靶材制备工艺的最优条件。结果表明，通过优化制备工艺可以制备出优质的钽靶材，达到了预期的溅射效果。
参考文献
[1]高拓，王明，钽靶材电子束热源的研究与应用，真空科学与技术，2018.
[2]王延平，杨晓峰，钽靶材电子加热溅射工艺及其表面性能的研究，稀有金属材料与工程，2017.