專利名稱：：金砷合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及貴金屬合金制備技術(shù)、高含量具有升華特性易揮發(fā)元素添加技術(shù)，尤其涉及一種金砷合金靶材及其制備方法。
背景技術(shù)：
：P.L.S波段硅功率晶體管廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)航及通信等領(lǐng)域。制備該晶體管的一項關(guān)鍵技術(shù)是金屬化。金屬化技術(shù)使用的原材料之一是金砷合金靶材。主要由于金砷合金靶材抗電遷移和抗電腐蝕性能好，且合金性能穩(wěn)定。P.L.S波段硅功率晶體管金屬化技術(shù)要求金砷合金耙材中砷含量達(dá)到1%以上。目前利用常規(guī)的添加合金元素的方法(即將添加元素直接加入到熔融態(tài)金屬中)只能制備出砷含量0.10.5%的合金靶材。主要是因為砷是一種具有升華特性易揮發(fā)的元素，在其進(jìn)入合金之前就已經(jīng)氣化揮發(fā)。因此很難得到高含量的砷合金材料。本發(fā)明利用砷元素的特性采用獨特的摻雜技術(shù)，能夠制備出砷含量高達(dá)2%以上的合金靶材，且避免了環(huán)境污染。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種金砷合金材料，其砷含量達(dá)1%以上，是制備P.L.S波段硅功率晶體管的基礎(chǔ)合金材料，該材料在P.L.S波段硅功率晶體管中既能起到電極的作用，又能抑制晶體管PN結(jié)電子向金屬電極遷移，達(dá)到很好的抗電遷移和抗電腐蝕性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種由金砷合金材料制得的蒸鍍材料和濺射靶材，它們可用于制備P.L.S波段硅功率晶體管的電極。本發(fā)明的又一目的是提供一種金砷合金材料的制備方法，其利用獨特的摻雜技術(shù)，能夠?qū)⒕哂猩A特性易揮發(fā)的砷加入到中間合金中，解決了合金中砷元素添加難的問題，同時符合環(huán)保政策，沒有污染問題。本發(fā)明的再一目的是提供用金砷合金材料制造蒸鍍材料和濺射靶材的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種金砷合金材料，其成分組成及各組分質(zhì)量百分比為As:120%，Au:余量。上述金砷合金材料，其成分組成及各組分質(zhì)量百分比優(yōu)選為As:14%，Au:余另一方面，本發(fā)明提供上述金砷合金材料的制備方法，其方法步驟如下1、制備金砷中間合金1)按所需中間合金的配比范圍稱重金、砷材料，其中As的含量為1-20%;2)按砷、金的順序先后放入石英坩堝中；3)將石英坩堝抽真空至46Pa后，將坩堝密封；4)將石英坩堝放入密封電阻爐內(nèi)；5)升溫，控制升溫速度812°C/分鐘；6)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；7)電阻爐以812°C/分鐘的升溫速度繼續(xù)升溫；8)控制爐內(nèi)溫度，至1100-150(TC，使高純金熔化；9)控制爐內(nèi)的溫度在1100-150(TC，靜止2030分鐘，精煉金砷熔體，使其更加均勻；10)保持爐內(nèi)的壓力，以20°C/分鐘速度降溫至6801050°C(該溫度高于相應(yīng)合金的熔點3050°C，隨砷含量的不同而不同)；11)泄去爐內(nèi)壓力，快速打開坩堝密封塞，將合金熔液澆鑄到鑄鐵模內(nèi)，得到中間合金錠；2、金砷合金精煉熔鑄1)按所需金砷合金的配比量，將步驟A得到的中間合金錠再與剩余金一起加入中頻真空感應(yīng)爐中；2)抽真空至46Pa;3)升溫，控制升溫速度350500°C/分鐘；4)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；5)升溫速度為350500°C/分鐘繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至750120(TC之間(該溫度高于相應(yīng)合金的熔點3050°C，隨砷含量的不同而不同)；6)爐內(nèi)溫度達(dá)到750120(TC后，保溫精煉12分鐘；7)控制澆鑄溫度在780115(TC之間(該溫度高于相應(yīng)合金的熔點3050°C，隨砷含量的不同而不同)，澆鑄，得到金砷合金材料。上述金砷合金的制備方法，其中所使用的金、砷材料純度優(yōu)選均在5N以上。上述金砷合金的制備方法中所使用的金材料的制備方法用電解法對4N金原材料進(jìn)行提純，去除雜質(zhì)元素，使金屬金的純度達(dá)到5N以上。本發(fā)明金砷合金材料可用于制作P.L.S波段硅功率晶體管用蒸鍍材料或濺射靶材。另一方面，本發(fā)明提供一種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用蒸鍍材料，它是用本發(fā)明的上述金砷合金經(jīng)加工制成。又一方面，本發(fā)明提供一種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用濺射靶材，它是用本發(fā)明的上述金砷合金經(jīng)加工制成。再一方面，本發(fā)明提供由上述金砷合金材料鑄錠繼續(xù)加工制成的P.L.S波段硅功率晶體管用蒸鍍材料或濺射靶材的制備方法，具體步驟如下1)壓力加工將上述制備方法得到的金砷合金鑄錠用冷壓力(即不需要退火，在常溫下進(jìn)行)加工方法進(jìn)行壓力加工，將其延展為符合厚度要求(該厚度由用戶來確定)的合金箔材或板材。2)機加工將壓力加工好的合格的合金箔按照所需要的尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)剪裁，形成蒸鍍材料；將壓力加工好的完整的合金板材按照所需要的尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車銑，形成濺射靶材。3)表面處理將加工好的蒸鍍材料或靶材用酸性清洗液通過浸泡法、攪拌法進(jìn)行清洗，去除加工過程中造成的污染，使材料表面清潔、光亮。上述蒸鍍材料或濺射靶材的制備方法中的酸性清洗液可以為pH為1-3的酸溶液，優(yōu)選為硫酸溶液、硝酸溶液或鹽酸溶液。本發(fā)明的有益效果在于1、本發(fā)明制備金砷合金的方法中，首先制備金砷中間合金，將砷元素添加到合金中，在該步驟中，通過控制升溫速度、氣體壓力、熔煉時間和溫度來防止砷揮發(fā)，提高合金中砷的含量。再進(jìn)一步精煉以去除合金內(nèi)的氣體，使合金的成分更均勻、組織結(jié)構(gòu)更致密，在該步驟中，通過快速升溫、控制氣體壓力、熔煉時間和溫度以避免砷元素?fù)]發(fā)以及出現(xiàn)合金成分偏析等現(xiàn)象。采用這樣工藝以保證砷元素的添加含量符合P.L.S波段硅功率晶體管使用要求。該材料在P.L.S波段硅功率晶體管中既能起到電極的作用，又具有較好的抗電遷移和抗電腐蝕性。2、本發(fā)明制備P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用蒸鍍材料及濺射靶材的方法可保證制備的金砷合金蒸鍍材料及靶材的質(zhì)量達(dá)到P.L.S波段硅功率晶體管所要求的砷含量高、成分均勻、結(jié)構(gòu)致密。3、本發(fā)明的金砷合金材料制備方法和P.L.S波段硅功率晶體管用蒸鍍材料或濺射靶材的制備方法步驟簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染。具體實施例方式實施例1:制備AuAs20中間合金采用下述的制備方法制備金砷中間合金，其組分及質(zhì)量百分比為As:20%、Au:余量(簡稱AuAs20)。制備工藝如下a)備原材料用電解法將金提純至5N以上(>99.999%)，外購5N以上砷原材料；按照目標(biāo)合金的組分及質(zhì)量百分比配比稱重；b)按砷、金的順序先后放入石英坩堝；c)將石英坩堝抽真空至46Pa后，用密封塞封住坩堝口；d)將石英坩堝放入密封性較好的電阻爐內(nèi)；e)升溫，控制升溫速度812°C/分鐘；f)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；g)電阻爐以812°C/分鐘的升溫速度繼續(xù)升溫；h)控制爐內(nèi)溫度，至1100-1500。C，使高純金熔化；i)控制爐內(nèi)的溫度在1100-150(TC，靜止2030分鐘，精煉金砷熔體，使其更加均勻；j)保持爐內(nèi)的壓力，以20°C/分鐘速度降溫至700°C;k)泄去爐內(nèi)壓力，打開爐蓋，取出石英坩堝，并快速打開坩堝密封塞，將合金熔液在10秒鐘內(nèi)澆鑄到水冷鑄鐵模內(nèi)，得到中間合金錠。上述方法中對金提純有一定的意義，能夠有效控制對電子元器件有害的元素含6實施例2:制備AuAsl中間合金采用下述的制備方法制備金砷中間合金，其組分及質(zhì)量百分比為As:1%。Au:余量(簡稱AuAsl)。除實施例1所述方法中的第j)步驟外，實施例2制備工藝與實施例1所述的相同。實施例2中第j)項如下保持爐內(nèi)的壓力，以20°C/分鐘速度降溫至1050°C。實施例3:制備AuAslO中間合金采用下述的制備方法制備金砷中間合金，其組分及質(zhì)量百分比為As:10%。Au:余量(簡稱AuAslO)。除實施例1所述方法中的第j)步驟外，實施例3制備工藝與實施例1所述的基本相同。實施例3中第j)項如下保持爐內(nèi)的壓力，以20°C/分鐘速度降溫至800°C。實施例4:制備AuAs2合金利用實施例1所制備的AuAs20中間合金制備200g成分含量為As2X質(zhì)量百分比(簡稱AuAs2)的金砷合金，方法如下1)將20g的AuAs20中間合金和180g金放入石墨坩堝內(nèi)，裝入中頻真空感應(yīng)爐；2)抽真空至46Pa;3)升溫，控制升溫速度400450°C/分鐘；4)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；5)升溫速度為400450°C/分鐘繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至IIO(TC左右；6)待金屬全部熔化后，爐內(nèi)溫度保溫在IIO(TC，精煉12分鐘；7)控制澆鑄溫度在112(TC左右，澆鑄，得到AuAs2金砷合金材料。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析制備的AuAs2合金成分，結(jié)果如表1所示，其均勻性達(dá)到了±0.13。表1取樣點1234平均含量成分偏差A(yù)s(%w)1.941.982.111.881.98±0.13實施例5:制備AuAs2合金蒸發(fā)材料或濺射靶材利用實施例4所制備的AuAs2合金材料制備P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用AuAs2合金蒸發(fā)材料或濺射靶材，制備工藝如下1)壓力加工將上述實施例4制備的AuAs2合金鑄錠用冷壓力(即不需要退火，在常溫下進(jìn)行)加工方法進(jìn)行壓力加工，將其延展為符合厚度要求(該厚度由用戶來確定)的合金箔材或板材。2)機加工將壓力加工好的合格的合金箔按照所需要的尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)剪裁，形成蒸鍍材料；將壓力加工好的完整的合金板材按照所需要的尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車銑，形成濺射靶材。3)表面處理將加工好的蒸鍍材料或靶材用酸性清洗液(1%稀硝酸溶液)通過浸泡法、攪拌法進(jìn)行清洗，去除加工過程中造成的污染，使材料表面清潔、光亮。實施例6:制備AuAs20合金利用實施例1所制備的AuAs20中間合金制備200g成分含量為As20X質(zhì)量百分比(簡稱AuAs20)的金砷合金，方法如下1)將200g的AuAs20中間合金放入石墨坩堝內(nèi)，裝入中頻真空感應(yīng)爐；2)抽真空至46Pa;3)升溫，控制升溫速度400450°C/分鐘；4)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；5)升溫速度為400450°C/分鐘繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至75080(TC之間；6)待金屬全部熔化后，爐內(nèi)溫度保溫在750°C，精煉12分鐘；7)控制澆鑄溫度在75078(TC之間，澆鑄，得到金砷合金材料。使用重量法分析制備的AuAs20合金成分，結(jié)果如表2所示，其均勻性達(dá)到了±0.63。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例7制備AuAs1合金利用實施例2所制備的AuAsl中間合金制備200g成分含量為Asl^質(zhì)量百分比(簡稱AuAsl)的金砷合金，方法如下1)將200g的AuAsl中間合金放入石墨坩堝內(nèi)，裝入中頻真空感應(yīng)爐；2)抽真空至46Pa;3)升溫，控制升溫速度400450°C/分鐘；4)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；5)升溫速度為400450°C/分鐘，繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至1050IIO(TC之間；6)待金屬全部熔化后，爐內(nèi)溫度保溫在1050°C，精煉12分鐘；7)控制澆鑄溫度在1050IIO(TC之間，澆鑄，得到金砷合金材料。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析制備的AuAsl合金成分，結(jié)果如表3所示，其均勻性達(dá)到了±0.13。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例8:制備AuAs5合金利用實施例3所制備的AuAslO中間合金制備200g成分含量為As5X質(zhì)量百分比(簡稱AuAs5)的金砷合金，方法如下1)將lOOg的AuAslO中間合金和lOOg金放入石墨坩堝內(nèi)，裝入中頻真空感應(yīng)爐；2)抽真空至46Pa;3)升溫，控制升溫速度400450°C/分鐘；4)爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa范圍內(nèi)；5)升溫速度為400450°C/分鐘繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至1100115(TC之間；6)待金屬全部熔化后，爐內(nèi)溫度保溫在IIO(TC，精煉12分鐘；7)控制澆鑄溫度在1100112(TC之間，澆鑄，得到AuAs5金砷合金材料。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析制備的AuAs5合金成分，結(jié)果如表4所示，其均勻性達(dá)到了±0.15。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方案，不能以此限定本發(fā)明實施的范圍；即凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所作的任何變化與修改，皆屬本發(fā)明專利保護的范圍。權(quán)利要求一種金砷合金材料，其特征在于，其成分組成及質(zhì)量百分比為As1-20％，Au余量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金砷合金，其特征在于所述金砷合金材料的成分組成及質(zhì)量百分比為As:1-4%，All:余量。3.—種權(quán)利要求1所述金砷合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟A、制備金砷中間合金a、按所需中間合金的配比范圍稱重金、砷材料，其中As的含量為1-20%;b、按砷、金的順序先后放入石英坩堝中；c、將石英坩堝抽真空至46Pa后，將坩堝密封；d、將石英坩堝放入密封電阻爐內(nèi)；e、升溫，控制升溫速度812°C/分鐘；f、爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa;g、電阻爐以812°C/分鐘的升溫速度繼續(xù)升溫；h、控制爐內(nèi)溫度，至1100-150(TC，使高純金熔化；i、控制爐內(nèi)的溫度在1100-150(TC，靜止2030分鐘，精煉金砷熔體；j、保持爐內(nèi)的壓力，以20°C/分鐘速度降溫至6801050°C;k、泄去爐內(nèi)壓力，快速打開坩堝密封塞，將合金熔液澆鑄到鑄鐵模內(nèi)，得到中間合金錠；B、金砷合金精煉熔鑄a、按所需金砷合金的配比量，將步驟A得到的中間合金錠再與剩余金一起加入中頻真空感應(yīng)爐中；b、抽真空至46Pa;c、升溫，控制升溫速度350500°C/分鐘；d、爐內(nèi)溫度升至60(TC時，向爐內(nèi)充氬氣，控制爐內(nèi)壓力在80-110MPa;e、升溫速度為350500°C/分鐘繼續(xù)升溫，將爐內(nèi)溫度升至750120(TC之間；f、爐內(nèi)溫度達(dá)到750120(TC后，保溫精煉12分鐘；g、控制澆鑄溫度在780115(TC之間，澆鑄，得到金砷合金材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述金砷合金的制備方法，其特征在于所述金、砷材料純度均在5N以上。5.—種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用蒸鍍材料的制造方法，其特征在于，包括如下步驟A、壓力加工將利用權(quán)力要求3制備方法得到的金砷合金鑄錠用冷壓力加工方法進(jìn)行壓力加工，將其延展為符合厚度要求的合金箔材或板材；B、機加工將壓力加工好的合格的合金箔按照所需要的尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)剪裁，形成蒸鍍材料；C、表面處理將加工好的蒸鍍材料或靶材用酸性清洗液通過浸泡法、攪拌法進(jìn)行清洗，去除加工過程中造成的污染，使材料表面清潔、光亮。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用蒸鍍材料的制造方法，其特征在于，所述酸性清洗液選自pH為1-3的硫酸溶液、硝酸溶液或鹽酸溶液。7.—種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用蒸鍍材料，其特征在于它是用權(quán)利要求1所述的金砷合金經(jīng)加工制成。8.—種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用濺射靶材的制造方法，其特征在于，包括如下步驟A、壓力加工將利用權(quán)力要求3制備方法得到的金砷合金鑄錠用冷壓力加工方法進(jìn)行壓力加工，將其延展為符合厚度要求的合金箔材或板材；B、機加工將壓力加工好的完整的合金板材按照所需要的尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車銑，形成濺射靶材；C、表面處理將加工好的蒸鍍材料或靶材用酸性清洗液通過浸泡法、攪拌法進(jìn)行清洗，去除加工過程中造成的污染，使材料表面清潔、光亮。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用濺射靶材的制造方法，其特征在于，所述酸性清洗液選自pH為1-3的硫酸溶液、硝酸溶液或鹽酸溶液。10.—種P.L.S波段硅功率晶體管金屬化用濺射靶材，其特征在于它是用權(quán)利要求1所述的金砷合金經(jīng)加工制成。全文摘要本發(fā)明公開了一種金砷合金及其制備方法，金砷合金組成為As1-20％，Au余量。制備方法如下首先制備中間合金，按所需中間合金配比稱重；按砷、金的順序先后放入石英坩堝；石英坩堝抽真空后密封；石英坩堝放入密封電阻爐內(nèi)；以8～12℃/分鐘的速度升溫至600℃；向爐內(nèi)充氬氣；繼續(xù)升溫至1100-1500℃熔化并精煉金砷熔體；降溫至680～1050℃；泄去爐內(nèi)壓力，快速打開坩堝密封塞，將合金熔液澆鑄到水冷鑄鐵模內(nèi)，得到中間合金錠。然后，按所需金砷合金配比量，將得到的中間合金錠再與剩余金一起以350～500℃/分鐘速度升溫至750～1200℃熔化精煉；澆鑄，得到金砷合金材料。文檔編號C22C5/02GK101748307SQ20081023984公開日2010年6月23日申請日期2008年12月19日優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日發(fā)明者史秀梅,姜學(xué)昭,董寶全申請人:北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所