一种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方法
【专利摘要】本发明公开一种薄膜电阻，其含有50％～96％(重量)的Fe，2％～30％(重量)的Al，2％～20％(重量)的N。本发明采用较常见的Fe、Al、N作为薄膜电阻的原材料，并通过控制各成分的重量比例使得制得的薄膜电阻的电阻率覆盖范围广。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对环境影响更小。本发明还公开一种溅射靶材、带电阻金属箔和制备上述薄膜电阻的方法。
【专利说明】-种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电阻，尤其涉及一种薄膜电阻、溅射靶材、带电阻金属箔及制备方 法。
【背景技术】
[0002] 薄膜电阻是指采用真空蒸镀、直流或交流溅射、化学沉积等方法制成的厚度一般 在0. 5?11 μ m的膜式电阻。薄膜电阻多用于形成印刷电路板中的嵌入式电阻。
[0003] 现有的薄膜电阻，主要有以下几类：1、电阻原材料为含有镍和磷的合金，通过电 镀法获得薄膜形态；2、电阻原材料为含有镍、铬的合金，通过磁控溅射获得薄膜形态；3、电 阻原材料为含有镍、铬、铝、硅的合金，或还含有少量的稀土元素，通过磁控溅射获得薄膜形 态；4、多层电阻材料，其中各层材料为组、氣化组、欽、氣化钦、鹤、氣化鹤中的一种或多种。
[0004] 上述现有的薄膜电阻都包含有镍、钽或稀土等贵金属，某些薄膜电阻甚至还包含 有铬等毒重金属材料使得现有的薄膜电阻成本较高且对环境不友好。另外，镍、钽、铬等金 属都属于比较耐腐蚀的金属，在进行图形蚀刻加工时会有一定难度。由于上述选材的限制 使得现有的薄膜电阻的电阻率覆盖范围有限，特别是不容易获得较大阻值的电阻。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出一种成本低廉，且可 以覆盖较宽的电阻率范围的薄膜电阻。
[0006] 本发明解决其技术问题米用的技术方案是，提出一种薄膜电阻，含有50%?96% (重量）的Fe，2%?30% (重量）的Al，2%?20% (重量）的N。
[0007] 进一步地，所述薄膜电阻含有65% (重量）的Fe，20% (重量）的A1，15% (重 量）的N。
[0008] 进一步地，所述薄膜电阻厚度为0· 05 μ m至5 μ m。
[0009] 本发明还提供一种带电阻金属箔，包含金属箔和附于金属箔上的如上所述的薄膜 电阻。
[0010] 本发明还提供一种溅射靶材，所述溅射靶材上含有50%?96% (重量）的Fe， 2%?30% (重量）的A1。
[0011] 进一步地，所述溅射靶材含有65 % (重量）的Fe，20 % (重量）的A1。
[0012] 本发明还提供一种制造薄膜电阻的方法，包括步骤：
[0013] S1 :制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50%?96% (重量）的Fe，2%?30% (重量）的A1 ;
[0014] S2:将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔 的气压低于3乘ΚΓ3帕；
[0015] S3 :向镀膜腔内充入氦气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0. 1? 3. 0 帕；
[0016] S4 :沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0. 05-5 μ m范围内。
[0017] 进一步地，步骤S3中氩气与氮气的体积比值为1. 5?25。
[0018] 进一步地，步骤S4中，通过控制沉积时间和沉积功率来控制薄膜电阻的厚度。
[0019] 进一步地，所述基材为玻璃、陶瓷、塑料、金属或高分子材料。
[0020] 本发明采用Fe、Al、N作为薄膜电阻的原材料，并通过控制三种元素的重量使得制 得的薄膜电阻的电阻率覆盖范围广。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对 环境影响更小。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为制造薄膜电阻的方法流程图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明提供一种薄膜电阻，含有50%?96% (重量）的铁（Fe)，2%?30% (重 量）的错（A1) ,2%?20% (重量）的氮（N)。优选地,薄膜电阻含有65% (重量）的Fe, 20% (重量）的Al，15% (重量）的N。
[0023] 由于A1与N的化学反应活性高于Fe与N的化学反应活性，因此电阻材料中的Fe 元素大部分为金属性原子，而部分A1则与N形成共价键。在微观图像里，Fe原子聚集在一 起形成许多Fe原子簇，A1与N形成的化合物则包裹在Fe原子簇周围。在电阻材料通电时， 电子主要通过Fe原子、Fe原子簇和少量没有形成共价键的A1原子进行传导，而位于导电 的Fe、A1原子之间的A1-N化合物在电子传输通道上形成能垒，妨碍电子通过，从而降低整 个材料的导电性。通过调节Fe、铝金属原子与A1-N化合物的相对含量，可以实现在较大范 围内调节电阻材料的电阻率。相对于现有技术，本发明的薄膜电阻材料成本更低、对环境影 响更小。
[0024] 本发明还提供一种带电阻金属箔，包含金属箔和附于金属箔上的如上文所述的薄 膜电阻。薄膜电阻厚度为〇. 05?5 μ m，铜箔厚度为5?70 μ m。
[0025] 本发明还提供一种溅射靶材，溅射靶材上含有50%?96% (重量）的Fe，2%? 30 % (重量）的A1。优选地，溅射靶材上含有65 % (重量）的Fe，20 % (重量）的A1。
[0026] 上述薄膜电阻可以通过真空磁控溅射镀膜、化学气相沉积、超声喷雾热解、溶胶凝 胶等方法实现大面积、大批量的工业化制备。其中真空磁控溅射镀膜的成膜质量高、工艺复 现性好，成为较优选的制备方法。
[0027] 请参照图1，图1为本发明采用真空磁控溅射法制备薄膜电阻的步骤流程图。图1 中，薄膜电阻的制备方法包括：
[0028] S1 :制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50%?96% (重量）的Fe，2%?30% (重量）的A1。
[0029] 将溅射靶材安装到磁控溅射设备的靶座上。
[0030] 在利用真空磁控溅射法制备薄膜电阻时，需先制备溅射靶材。溅射靶材的A1和Fe 元素可来自于FeAl合金靶材或数个纯铝靶材和纯Fe靶材。
[0031] 优选地，溅射靶材上含有65 % (重量）的Fe，20 % (重量）的A1。
[0032] S2:将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔 的气压低于3乘10_3帕。
[0033] 基材需清洗干净并烘干，然后再放进磁控溅射设备的镀膜腔内，并打开抽气系统 对镀膜腔进行抽气。
[0034] 基材根据需要进行选取，可采用已知的各种基材，例如金属材料、陶瓷材料、塑料、 玻璃、高分子材料，例如纤维增强树脂等。
[0035] S3 :向镀膜腔内充入氦气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0. 1? 3. 0 帕。
[0036] 优选地，氦气与氮气的体积比值为1. 5?25。
[0037] S4 :沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0. 05-5 μ m范围内。
[0038] 待镀膜腔内的气压稳定在0. 1?3. OPa时，打开溅射电源开始沉积薄膜，通过控制 沉积时间和沉积功率来控制薄膜电阻的厚度，使得薄膜电阻的厚度在〇. 05 μ m至5 μ m范围 内。
[0039] 制得的薄膜电阻含有50 %?96 % (重量）的铁（Fe)，2%?30 % (重量）的铝 (八1)，2%?20%(重量）的氮（吣。
[0040] 依上述方法，通过调节溅射靶材的Fe、A1重量比和混合溅射气体中氩气、氮气的 体积比，共制得9种薄膜电阻，通过在室温下测试该9种薄膜电阻的方块电阻值，结果如表 1所示。其中，薄膜电阻厚度由台阶仪测得，方块电阻值由四探针台测得。
[0041] 实施例1?9的测试结果表明，薄膜电阻厚度越厚，薄膜电阻的方块电阻越小；A1 和N的相对含量越高，方块电阻也越大。因此，本发明涉及的薄膜电阻，其阻值范围可以通 过调节的薄膜电阻厚度和A1、N的相对含量加以控制。
[0042] 表 1
【权利要求】
1. 一种薄膜电阻，其特征在于，含有50%?96% (重量）的Fe，2%?30% (重量）的 Al，2%?20% (重量）的N。
2. 根据权利要求1所述的薄膜电阻，其特征在于，含有65 % (重量）的Fe，20 % (重 量）的Al，15% (重量）的N。
3. 根据权利要求1或2所述的薄膜电阻，其特征在于，所述薄膜电阻厚度为0. 05 μ m至 5 μ m〇
4. 一种带电阻金属箔，其特征在于，包含金属箔和附于金属箔上的如权利要求1?3任 一项所述的薄膜电阻。
5. -种溅射靶材，其特征在于，所述溅射靶材上含有50%?96% (重量）的Fe，2%? 30% (重量）的A1。
6. 根据权利要求5所述的溅射靶材，其特征在于，含有65 % (重量）的Fe，20 % (重 量）的A1。
7. -种制造薄膜电阻的方法，其特征在于，包括步骤： S1:制备溅射靶材，所述溅射靶材上含有50 %?96% (重量）的Fe，2 %?30% (重 量）的A1 ; S2:将薄膜电阻所需附着的基材放入镀膜腔内，而后对镀膜腔抽真空使得镀膜腔的气 压低于3乘ΚΓ3帕； 53 :向镀膜腔内充入氩气和氮气的混合气体使得镀膜腔内的气压稳定在0. 1?3. 0 帕； 54 :沉积薄膜，使得薄膜电阻的厚度在0. 05-5 μ m范围内。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S3中氩气与氮气的体积比值为 1. 5 ?25。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过控制沉积时间和沉积功率 来控制薄膜电阻的厚度。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基材为玻璃、陶瓷、塑料、金属或高 分子材料。
【文档编号】C22C38/06GK104120336SQ201310152605
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年4月27日
【发明者】刘若鹏, 赵治亚, 杨学龙 申请人:深圳光启高等理工研究院