Al-45%Cu合金横截面初生Al2Cu相形貌

引言磁控溅射技术因沉积效率高、膜层均匀性好等优点，在电子器件、光学涂层等领域广泛应用。铝铜合金靶材因其独特的力学与电学性能成为研究热点，但镀膜附着力受靶材颗粒形态（粒径、分布、形貌等）影响显著。本文系统探讨靶材颗粒特征与镀膜附着力之间的关联机制，为优化靶材制备工艺及提升镀膜性能提供理论依据。

一、实验方法

1. 靶材制备采用粉末冶金法（不同烧结温度/压力）与熔炼法制备铝铜合金靶材，控制颗粒尺寸在1-10 μm范围，通过SEM观察颗粒形貌（球形、不规则状、团聚体等）。2.镀膜工艺利用磁控溅射设备沉积薄膜，固定溅射功率、气压、基底温度等参数，对比不同靶材样品的镀膜效果。3.表征测试

附着力测试：划痕法（测定临界载荷）、拉力测试（剥离强度）。

微观结构分析：SEM观察膜层表面/截面形貌，XRD分析晶格匹配度，EDS检测元素分布均匀性。

力学性能测试：纳米压痕法评估膜层硬度与弹性模量。

二、结果与讨论1.颗粒形态对附着力影响机制（1）粒径效应

小粒径靶材（<3 μm）溅射粒子能量高，沉积原子在基底表面迁移能力强，易形成致密膜层，但过高的沉积速率可能导致内应力累积。

大粒径靶材（>5 μm）易产生粗大颗粒沉积，导致膜层粗糙度增加，界面结合力下降。

（2）形貌与团聚效应

球形颗粒靶材沉积膜层均匀性优于不规则颗粒，后者因棱角处应力集中易引发裂纹。

团聚体颗粒分解不完全时，形成“弱结合区”，显著降低附着力。

（3）成分均匀性

颗粒尺寸差异导致溅射产额波动，影响镀膜成分均匀性，进而改变界面反应动力学（如Al/Cu原子扩散速率）。

2.附着力强化路径（1）优化颗粒粒径分布

通过调控烧结工艺参数（如温度梯度、保温时间），制备粒径集中分布在3-5 μm的靶材，平衡沉积速率与应力释放。

（2）引入过渡层

在基底与镀膜间沉积纳米级Al2O3中间层，利用晶格匹配效应降低界面失配应力。

（3）表面能调控

对靶材表面进行等离子体活化处理，增强溅射粒子与基底的化学反应活性，形成冶金结合界面。

球磨时间对Al-Cu组织和性能的影响

三、案例分析实验数据显示：

粒径3 μm球形颗粒靶材沉积的AlCu膜附着力（划痕临界载荷20 N）较团聚体靶材（15 N）提升33%；

经800℃烧结处理的靶材因晶粒细化及孔隙率降低，镀膜硬度与弹性模量同步提高，附着力保持稳定。

SEM截面分析表明，优化靶材颗粒形态后，膜层与基底界面呈现梯度过渡结构，有效抑制裂纹扩展。

四、结论铝铜合金靶材颗粒形态通过调控沉积原子动能、界面微观结构及成分均匀性，显著影响镀膜附着力。通过优化烧结工艺、控制粒径分布及引入界面过渡层，可系统性提升镀膜结合强度，为高性能电子薄膜制备提供技术支撑。未来研究可进一步结合分子动力学模拟，揭示颗粒形态-溅射行为-膜层性能的多尺度关联机制。