纯铜靶材的微观结构调控与成膜特性

来源：机械工程材料杂志2025年第6期北京时间：

作者：彭海, 陈天天, 闻明, 沈月, 巢云秀, 施晨琦, 王传军

摘要：采用真空感应熔炼、均匀化退火、锻造、温轧和退火工艺制备纯铜靶材，研究了温轧态和不同温度（400，500，600，700 ℃）退火态纯铜靶材的微观结构；利用微观结构最优的退火态纯铜靶材和温轧态纯铜靶材，采用磁控溅射工艺制备纯铜薄膜，并对薄膜进行不同温度（300，400，500 ℃）的退火处理，研究了沉积态和退火态薄膜的微观结构和电学性能。结果表明：温轧态纯铜靶材的晶粒尺寸分布不均匀，退火后纯铜靶材发生回复与再结晶，随着退火温度的升高，回复与再结晶程度增加，晶粒尺寸分布逐渐均匀；当回火温度为600 ℃时，晶粒接近等轴晶，平均晶粒尺寸约为39.30 μm，但当退火温度升高到700 ℃时，晶粒明显长大，平均晶粒尺寸增加到53.64 μm；温轧态和退火态纯铜靶材表面均出现较高程度的（111）晶面择优取向，中心则出现较高程度的（220）晶面择优取向；600 ℃退火态纯铜靶材的微观结构最优。与采用温轧态纯铜靶材制备的退火态薄膜相比，采用退火态纯铜靶材制备的退火态薄膜的氧化程度、颗粒尺寸、表面粗糙度、电阻率均更小，（111）晶面择优取向程度更大。随着退火温度的升高，薄膜表面粗糙度先减小后增大，电阻率降低；当退火温度高于300 ℃时，薄膜出现颗粒团聚氧化现象。600 ℃退火态纯铜靶材制备的纯铜薄膜在300 ℃退火后具有最优异的微观结构和性能。

关键词：磁控溅射, 纯铜靶材, 铜薄膜, 温轧, 退火, 微观结构