專利名稱：多晶單片鋁酸鎂尖晶石的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶單片(monolithic)鋁酸鎂尖晶石。更具體地說，本發(fā)明涉及多 晶單片鋁酸鎂尖晶石，其具有小晶粒尺寸并可以形成厚的沉積物。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在對生產(chǎn)供用作覆蓋可見光至中波長的紅外光區(qū)域的多光譜光學(xué)材料的高質(zhì) 量尖晶石存在著相當(dāng)大的興趣。尖晶石具有優(yōu)于目前用作多光譜光學(xué)材料的其他材料 性能。這種性能包括高硬度，即1645Kg/mm2(Kn00p(努普顯微壓痕硬度試驗儀)、 200g載荷)、高的抗彎強度，即27,000psi (每平方英寸磅數(shù))、低的折射率，即在4微米 時1.639，并且對雨和砂侵蝕有高的耐性。尖晶石更超過其他競爭材料，比如氮氧化鋁 (ALON)、藍寶石、硫化鋅、硒鋅礦和氟化鎂。尖晶石比ALON和藍寶石在中紅外波長 范圍有更好透過率。尖晶石與具有不均勻性能的六方系藍寶石比較還是具有均一性能的 立方系。與硫化鋅、硒鋅礦和氟化鎂相比，尖晶石具有更好的機械性能，并且對雨水和 砂侵蝕具有更持久高耐性的面積。目前，塊(bulk)尖晶石是通過燒結(jié)粉末加工技術(shù)生產(chǎn)的但是仍在發(fā)展階段。這 種燒結(jié)加工技術(shù)也許在生產(chǎn)具有可接受性能的致密材料中已取得一些進展，但是關(guān)于加 工產(chǎn)出率和重復(fù)性的重要問題仍然未解決。另外，這種塊尖晶石顯示有大量夾雜物，夾 雜物降低了在可見光至中紅外波長區(qū)域中的透光率并增加了光的吸收和散射。燒結(jié)尖晶 石的另一個問題是它們具有大的晶粒(150微米以及更大的)并通常具有由小的和大的晶 粒簇組成的雙峰式顆粒結(jié)構(gòu)。大的顆?？赡軄碜匝杆贌Y(jié)在一起的粉末團聚體，并捕捉 原始粉末以形成多孔結(jié)構(gòu)。由于晶粒的脫落，大的晶粒降低了尖晶石的強度，使得它們 難以制造成用于鏡面和窗的良好光表面。燒結(jié)加工的尖晶石的另一個問題是難以在尖晶石窗和圓頂中嵌入(embed)導(dǎo)電 的金屬格子。這種窗和圓頂通常用于各種類型的飛行器中，作為它們的雷達或?qū)Ш絻x器 的一部分。尖晶石可以起絕緣體的作用并且用來保護導(dǎo)電金屬格子(metallic grid)不受 電磁干擾。將一個精密拋光的尖晶石圓頂(dome)或窗(window)連接到在連接表面上 帶有格子的另一個精密圓頂或窗之上時，在燒結(jié)尖晶石中嵌入導(dǎo)電金屬格子存在許多挑 戰(zhàn)。接合面(mating surface)必須被制得非常精密以獲得好的表面接觸，這樣增加了制造 成本。由于它們的曲線形狀，這在圓頂中是特別困難的。使用的一種方法是在接合面之 間涂布薄層玻璃質(zhì)材料以通過玻璃層促進粘附性。這就要求玻璃具有與圓頂材料相配的 接近的折射率。尖晶石也可用化學(xué)氣相淀積法制造；然而，化學(xué)氣相淀積法制備出薄膜即lum 或更少的尖晶石，其是不適合用于窗和圓頂?shù)?。Mikami，M.，Y.Hokari，K.Egami，H.Tsuya, M.Kanamori的文獻(1983).形成硅/MO Al203/Si02/Si及其外延膜的品質(zhì) (Formation of Si Epi./MO A1203 Epi./Si02/Si and its Epitaxial filmQuality)，1983 年東京 第 15 次固體器件和材料會議31-34 頁(the 15th Conferenceon Solid State Devices and Materials)的詳細摘要公開了在硅襯底上外延生長Mg0Al203。使用的反應(yīng)物是A1、
MgCl2、H2、C02*HC1。鹽酸用來將鋁轉(zhuǎn)換為A1C13，然后將其運輸?shù)椒磻?yīng)區(qū)。用氮氣 作載氣。獲得的生長率僅為0.08微米/分鐘(0.5微米/小時)。沉積物為僅僅0.1微米 至0.8微米的膜。作者指出設(shè)法在硅上生長厚的沉積層存在的問題是低的生長率和在尖晶 石薄膜中形成的裂紋。除全部的無機前體之外，金屬有機(MO)前體也被用來通過化學(xué)氣相淀積法生 產(chǎn)薄膜尖晶石。許多研究已經(jīng)使用單一來源的MO前體比如金屬醇鹽。這些醇鹽通常是 易潮的并且在1 X 10_6到0.5Torr的低壓力生產(chǎn)尖晶石，相比高的壓力條件需要更高功率的 真空泵，并且具有低的沉積速率，比如8.5微米/小時。除醇鹽之外，Mo比如A1(CH3)3 和Mg(C2H5)2可以用來生產(chǎn)尖晶石膜；然而，這些材料是易潮的和自燃的(pyrophoric)并 且難以用來生產(chǎn)厚度為1mm以及更厚的單片材料。MO前體不合意的另一個原因是它們 比較昂貴并且增加了生產(chǎn)單片材料的成本。通常在低溫沉積時使用MO前體涂覆，因此 制備體(bulk)材料需要長的時間并且增加制造體材料的成本。因此，仍需要單片尖晶石 具有適合于使用在鏡面、圓頂、窗等其他物品的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，組合物由晶粒尺寸為70微米或更小、厚度至少0.5mm的多晶單片鋁酸 鎂組成。另一個方面，方法包括a)提供鋁酸鎂的氣態(tài)前體，b)使該氣態(tài)前體反應(yīng)；和 c)在襯底上沉積多晶單片鋁酸鎂，沉積速率為0.5微米每分鐘到5微米每分鐘。又一方面，制品包括晶粒尺寸為70微米和厚度至少為0.5mm的多晶單片鋁酸鎂。另外的一方面，制品包括一個或多個導(dǎo)電且選擇性鈍化(passivated)的圖案 (pattern)，每個圖案包括一個或多個金屬層并且每個圖案直接相連到晶粒尺寸為70微米 或更小、厚度至少為0.5mm的多晶單片鋁酸鎂的層并處于這些層之間。再一個方面，方法包括a)提供晶粒尺寸為70微米或更小和厚度至少為0.5mm 的第一層多晶單片鋁酸鎂；b)在晶粒尺寸為70微米或更小和厚度至少為0.5mm的第一層 多晶單片鋁酸鎂上沉積導(dǎo)電且選擇性鈍化的圖案；和c)在與第一層多晶單片鋁酸鎂相對 的導(dǎo)電、選擇性鈍化的圖案上沉積晶粒尺寸為70微米或更小和厚度至少為0.5mm的第二 層單片鋁酸鎂，以形成制品。多晶單片鋁酸鎂組合物理論上是致密的、即98%并且更大，基本上無孔隙的、 即非多孔的，高純度、即99%并且更大，具有小晶粒尺寸，因此提供了高的材料硬度值 和抗彎強度值。小晶粒尺寸也使該組合物比大晶粒尺寸更容易拋光。該組合物還具有好 的物理、機械、光學(xué)和熱性質(zhì)。多晶單片鋁酸鎂組合物可以沉積在無裂縫的襯底上，以 制得接近網(wǎng)狀(near-net)的部件比如圓頂、窗、透鏡、鏡面、分光器和反射器。圓頂和 窗可以用來包封(enclose)導(dǎo)電金屬格子。這種圓頂和窗可以用作雷達和導(dǎo)航儀器的部件或者用于屏蔽電磁干擾輻射、射頻干擾輻射及其他不需要的輻射。由該多晶單片鋁酸鎂 組合物制得的制品可以用于地下、陸地、海上、航空飛行器和結(jié)構(gòu)體。


圖1是用于生產(chǎn)尖晶石的化學(xué)氣相淀積爐的圖解。圖2是制品的橫截面，其顯示包封在多晶單片鋁酸鎂中的圖案化的導(dǎo)電和選擇 性鈍化格子的一部分。圖3是制品的一部分的橫截面，其顯示包封在多晶單片鋁酸鎂中的圖案化的導(dǎo) 電和選擇性鈍化的格子，其中該鈍化層與金屬層是不連續(xù)的。圖4是制品的一部分的橫截面，其顯示包封在多晶單片鋁酸鎂中的圖案化的導(dǎo) 電和選擇性鈍化的格子，其中該鈍化層與金屬層是不連續(xù)的，該金屬層通過不連續(xù)的粘 合層與基底或該制品相連。圖5是顯示通過總線電連接的導(dǎo)電和選擇性鈍化的制品的格子圖案的頂視圖。正如整個說明書中所用的，以下縮寫具有下面的意思，除非上下文中另外明確指 出°C=攝氏度；K =開氏溫度；g =克；Kg =公斤；nm =納米；slpm =標準公升每分 鐘；CVD =化學(xué)汽相淀積；PVD =物理汽相淀積；CCVD =燃燒化學(xué)氣相淀積；CACCVD =受控大氣燃燒化學(xué)氣相淀積；入二埃二 10_1Q米;m=米；mm =毫米；cm =厘米；cc =立方厘米；ohm-cm =電阻率；y m =微米=10_6米；UV =紫外線；IR =紅外線； ohm/square =薄層電阻(sheet resistance)的單位；GHz =千兆赫；Hz =赫茲=具有1赫茲 的頻率的一次每秒的一周期發(fā)生；Torr = torr =壓力單位=在0°C的ImmHg = 133.322368 帕斯卡；psi =每平方英寸磅數(shù)=0.06805大氣壓力；latm = 1.01325106達因/cm2 ； MPa =兆 帕；GPa =吉帕；W=瓦特；A/dm2 =安培/平方分米；和wt%=重量百分數(shù)；W/mK = 熱導(dǎo)率；EMI=電磁干擾；RFI=射頻干擾；aspect ratio (縱橫比)=物品的長度/直徑； 和MWIR =中紅外波長區(qū)(3-5微米)。術(shù)語“單片”的意思為由一固體塊組成。鋁酸鎂=鎂鋁氧化物=MgAl204。術(shù) 語"尖晶石"=鋁酸鎂。所有的百分比為重量百分比除非另作說明。全部的數(shù)值范圍是包含端值的且可 以任何順序組合，除非在邏輯上這種數(shù)值范圍限制為合計達到100%。組合物由晶粒尺寸為70微米或更小和厚度至少為0.5mm的多晶單片鋁酸鎂組 成。多晶單片鋁酸鎂尖晶石是立方，其具有均勻的性能。多晶單片鋁酸鎂尖晶石由元素鎂、鋁的化合物和元素氧或包含氧的氣體化合物 的氣態(tài)前體通過化學(xué)汽相淀積制得。氣態(tài)前體以摩爾比124相互反應(yīng)制備多晶單 片鋁酸鹽尖晶石，其具有至少98%的純度、通常99.999%或更大的純度。CVD法提供的 尖晶石適合于覆蓋波長范圍即0.2-6微米的多光譜的光學(xué)應(yīng)用中。鎂以其單質(zhì)形式使用，因為它具有從0.7到3Torr蒸氣壓，足以在CVD沉積室 中于反應(yīng)溫度形成氣體。元素鎂的來源包括但是不局限于無機鎂化合物，比如鹵化鎂如 MgCl2、MgBr2、Mgl2、MgF2，和它們的混合物。通常，MgCl2用作用于尖晶石的鎂源。鎂化合物以液體或固體放置于化學(xué)汽相淀積(CVD)室的蒸發(fā)器中。該蒸發(fā)器 加熱到500°C-1000°C，通常650°C-950°C，以產(chǎn)生氣態(tài)的元素金屬鎂。通常，鎂是升華的。鎂化合物的蒸氣壓在上述溫度范圍為0.7-10Torr，或者為l_8T0rr。鋁化合物包括但是不局限于無機鋁化合物，比如鹵化鋁如A1C13、AlBr3、A1I3和 A1F3，羰基鋁比如Al(CO)3，和丙酮酸鋁(aluminum acetonate)如乙酰丙酮酸鋁，和它們
的混合物。通常，鹵化鋁和丙酮酸鋁用作鋁源。更通常地，鹵化鋁和乙酰丙酮酸鋁用作 鋁源。最通常使用鹵化鋁，如A1C13。鎂化合物或鋁化合物以液體或固體放置于化學(xué)汽相淀積室的蒸發(fā)器(retort)中。 如果使用鋁金屬，其與鹵化物和有機物原位反應(yīng)獲得期望的化合物。蒸餾器加熱到 550°C到850°C或比如600°C -700°C。鋁化合物的蒸氣壓在上述溫度范圍為0.1_6Torr或 0.5-4Torr。元素氧或含氧的化合物是由化學(xué)汽相淀積室外的來源提供的，并使用傳統(tǒng)裝置 將其泵送入爐中。氧源包括但是不限于氣態(tài)的02、co2、NO2、SO2、H2O2、03、N2O 和壓0。通常，氣態(tài)的02、C02、風(fēng)0和壓0用作氧源。多晶單片鋁酸鎂尖晶石具有70微米或更小的晶粒尺寸。通常，尖晶石的晶粒尺 寸為1-60微米，或比如2-50微米或例如5-30微米。這種小晶粒尺寸為尖晶石提供了抗彎強度，使得它們在形成和使用期間不會斷 裂?？箯潖姸鹊姆秶鸀?50Mpa_300Mpa。楊氏模量的范圍可以為170_290Gpa。 在襯底上沉積尖晶石的溫度為700 V "1400 V或比如800 V -1300 V或例如 900°C -1200°C。通常在襯底上沉積尖晶石的溫度為900°C -1100°C?；瘜W(xué)汽相淀積室內(nèi)在襯底上沉積尖晶石的沉積速率為0.1-5微米/分鐘或比如 0.5-2微米/分鐘?；瘜W(xué)汽相淀積室通常包括石英管。該管可以大小不同。通常它們 的直徑為15cm，長為100cm。 圖1是使用A1C13、MgCl2、C02、HC1、H2和N2的混合 物形成的多晶單片鋁酸鎂的化學(xué)汽相淀積沉積物的石英管圖解。用溫度容量為1200°C的 蛘式挖斗管式爐(clam shell tube furnace)(未示出)加熱石英管10。通常石英管10具有 三個區(qū)域。開頭兩個區(qū)域12和14用來加熱金屬前體，比如鋁金屬和MgCl2。區(qū)域1的 溫度范圍為600°C-700°C，區(qū)域2的溫度范圍為750°C-950°C。第三個區(qū)域16用來在 陶瓷、石英、金屬或石墨芯棒(mandrel) 20上沉積尖晶石18。區(qū)域3的沉積溫度范圍為 900°C-110(TC。前體裝填到兩蒸發(fā)器22和24中，蒸發(fā)器可以由石英、不銹鋼、或陶瓷 材料制成。用于蒸發(fā)器和芯棒的陶瓷材料的例子是石墨、硅、SiC、Si3N4、BN、B4C、 A1203、A1N和MoSi2。用于蒸發(fā)器和芯棒的金屬的例子是Ti、Mo和W。惰性載氣如氬和氮氣用來將前體從蒸發(fā)器運送到沉積區(qū)26。該沉積區(qū)通常包括 組裝為矩形開放盒的四個矩形芯棒片。在一個側(cè)面上，尖晶石前體和氧源通過單獨的注 射器28、30和32被引入沉積區(qū)中。在排出側(cè)面上設(shè)置有擋板(未顯示)來將反應(yīng)物流 導(dǎo)向芯棒。反應(yīng)之后，反應(yīng)產(chǎn)物和未使用的反應(yīng)物通過過濾器(未顯示)來收集微粒、 酸性蒸汽如HC1、和水蒸氣，然后通過真空泵(未顯示)，并且廢氣從通風(fēng)口 34排到大氣 中。一般來說，前體和載氣的流速是高的。通常流速范圍為0.5slpm-200slpm， 或比如lslpm-lOOslpm、或比如5slpm-50slpm。 通常，鋁和鎂前體的流速范圍 為0.5slpm-5slpm，或比如0.5slpm-2slpm。 通常，氧及其化合物的流速范圍為 lslpm-lOslpm, 或比如2slpm-5slpm。 載氣的流速通常為lslpm_10slpm，或比如2slpm_5slpm。多晶單片鋁酸鎂形成的沉積物厚度為0.5mm或更大。通常，襯底厚度范圍為 lmm_20mm 或比如 5mm_10mm。在沉積之后，可以對接近網(wǎng)狀的尖晶石進行表面處理，以獲得要求的粗糙 度。該沉積物具有 1500Kg/mm2-1650Kg/mm2 的硬度(Knoop，載荷 200g)和 1.3MPa/ m_1.7MPa/m的斷裂韌度。因此，通常用金剛砂拋光墊對尖晶石進行表面處理。尖晶石 的硬度使得它們可以用作食品雜貨店掃描器和用于軍隊裝甲的應(yīng)用中。該尖晶石還具有高的熱傳導(dǎo)率，在298° K時為12W/mK-18W/mK，在298° K 時熱膨脹率為Sxio-SK-i-exio-6]^1。這種熱性質(zhì)使得尖晶石可被用于需要耐高溫部件的陶 器工業(yè)中。尖晶石還具有各種應(yīng)用，用于光學(xué)部件比如無裂縫的、接近網(wǎng)狀的透鏡、窗、 分光器、圓頂和反射鏡。這種制品可以用于地下的、陸地的、海上的和航空器和建筑 物。例如窗和圓頂可以在飛行器和導(dǎo)彈中用于可見光到MWIR波長范圍內(nèi)的瞄準和勘 測應(yīng)用。圓頂和窗可以用來包埋電傳導(dǎo)的金屬格子。這種圓頂以及窗可以用作用于雷達 和航海儀器的部件或著用于屏蔽電磁干擾輻射、射頻干擾輻射及其他輻射。導(dǎo)電金屬格子(grid)進行選擇性鈍化以保護該格子免遭使用尖晶石的腐蝕環(huán)境 和還原環(huán)境。導(dǎo)電格子可以由忍受苛刻條件的金屬組成。這種金屬實質(zhì)上是鈍化的(惰 性的)并且不需要包封附加的鈍化涂層。然而，許多金屬在用于使用包封圖案的材料的 苛刻條件下被腐蝕或還原。這種金屬通過用一層或多層惰性材料包封它們來選擇性地鈍 化。金屬層以及鈍化層有選擇地沉積在尖晶石上形成圖案。通常，這種圖案是網(wǎng) 格，其中導(dǎo)電金屬層互相電連通?？偩€(busbar)可以連接到圖案上以在制品的圖案和另 一個電子元件之間形成電連通。 使用的金屬的電阻率為50微歐厘米或更小，或比如50微歐厘米-0.5微歐厘米、 或比如從45微歐厘米-1微歐厘米，或比如從20微歐厘米-5微歐厘米。電阻率的測量 在25 °C時進行。適合的金屬包括但是不局限于貴金屬如金、銀、鉬、鈀，和它們的合金。也可 以是使用非貴金屬。非貴金屬的例子是銅、鈷、鉻、鉭、鈹、鎳、鉬、鎢、銠、銥、 釕、鎳、鈦、錫，并且它們的合金。這種金屬沉積到一厚度，使得金屬和金屬合金層的 薄層電阻率范圍為10歐姆/平方或更小，或比如1歐姆/平方-10歐姆/平方，或比如 0.005歐姆/平方-0.5歐姆/平方，或比如0.05歐姆/平方-0.25歐姆/平方。金屬有選擇地沉積為一層或多層的方法包括但是不局限于電解電鍍、化學(xué)鍍、 浸鍍、包括電離物理汽相淀積(I-PVD)的物理汽相淀積、電離金屬等離子沉積(IMP)、 CCVD和CACCVD。金屬比如鉬、鈦、鉭和鎢通過物理汽相淀積進行沉積。這種方法 在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的或在文獻中有描述?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的電鍍槽、設(shè)備和方法。該金屬層寬度(厚度)的范圍為0.5-25微米，或比如1-10微米。高度(厚度)
的范圍可以是50人-50,000人或500人"40,000人，或例如1000人-30,000人，或例如從5000人到
20,000Ao用于包封格子的第一層尖晶石形成基底，并通過化學(xué)汽相淀積(CVD)沉積在襯底上。形成了尖晶石基底之后，可以用傳統(tǒng)方法進行機械加工、研磨(lapped)和拋光。 可將這種材料機械加工、研磨和拋光到刮傷(scratch)/坑(dig)技術(shù)規(guī)范為120/80或更 好，比如80/50。刮傷/坑技術(shù)規(guī)范越小，拋光就越好。任選地，可以在尖晶石基底上沉積一層或多層結(jié)合層(bonding layer)以將金屬 固定在基底上。這種結(jié)合層的材料包括但是不局限于金屬比如鉻、鈦、鉭、鎳，或它們 的組合，或者化合物比如氮化鈦、二氧化鈦、硅或它們的組合。該結(jié)合層的寬度(厚 度)的范圍為0.5-25微米，或比如1-10微米。該結(jié)合層的高度(厚度)的范圍可以是 50A-1000A，或 100 人-500 人，或例如200A400 人。用于沉積該結(jié)合層的沉積方法包括但是不局限于CVD、PVD、CCVD、 CACCVD、電解沉積和化學(xué)沉積。通常，該結(jié)合層通過CVD和PVD沉積，更通常通過 PVD沉積。鈍化材料包括但是不局限于氧化物比如金屬氧化物、和硅的氧化物、金屬比如 鉬、鈀、黃金、銠、釕、鉭，和它們的合金。氧化物包括但是不局限于氧化鈹、氧化 鋁、二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鉭、二氧化釔和二氧化鋯。鈍化層可以是兩種或多種 鈍化材料的交替層。鈍化層的沉積方法包括但是不局限于電解沉積、CVD、PVD、CCVD、 CACCVD。適合于沉積鈍化層的PVD方法的例子是通過濺射和電子束蒸發(fā)。該 鈍化層的寬度(厚度)的范圍為0.5-25微米，或比如1-10微米。高度(厚度)的 范圍為50人一40,000人，或比如500人一30,000人，或例如1000人一20,000人，或例如從 5000A—10,000Ao圖2是導(dǎo)電格子的一個實施方案的截面圖?；?0和頂涂層42由多晶單片鋁 酸鎂尖晶石組成。導(dǎo)電圖案44具有選擇性沉積的金屬層46。金屬層形成圖5所示的互 連網(wǎng)格狀圖案。金屬層46的金屬能夠經(jīng)得起頂涂層42的CVD沉積的苛刻條件并且與基 底良好粘附，因此該金屬本身是天生鈍化的。這種金屬包括但是不局限于鈀、鉬、金、 鉭、鈦、鎢和它們的合金。圖3是光學(xué)制品的另一實施方案的橫截面?；?0和頂涂層52均由多晶單片 鋁酸鎂組成，它們包封圖案56中選擇性沉積的金屬層54。各金屬層54具有選擇性地沉 積的鈍化層58來包封它。通常用鈍化層包封的這種金屬的例子是PVD的金、銅和它們 的合金，以及鉬。用于鈍化的材料的例子包括氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅、鉬、鈀和 電解金。圖4是光學(xué)制品的又一實施方案的橫截面。基底60和頂涂層62均由多晶單片 鋁酸鎂組成，它們包封圖案66中選擇性沉積的金屬層64。金屬層64由結(jié)合層68結(jié)合到 基底60。該結(jié)合層可以是不同于金屬層64中的金屬的金屬，或可以是一種元素，比如硅 或氧化物例如二氧化鈦。選擇性沉積的鈍化層69涂覆金屬層64和結(jié)合層68。圖5是沒有頂涂層的光學(xué)制品的頂視圖。網(wǎng)格圖案70包括圖案線72中的導(dǎo)電 和選擇性鈍化的金屬層。該線72互相電連通。各線72通過由基底材料組成的間隔74 與相鄰的線分開。總線76與網(wǎng)格70電連接，并且總線76將網(wǎng)格70連接到電源(未顯 示)上?？偩€可以由任何適合的金屬如鈦、鉭、金、銀、銅或任何其他導(dǎo)電金屬制成。制品可以具有一個或多個導(dǎo)電圖案。各導(dǎo)電圖案通過一層或多種尖晶石包封材料與相鄰的圖案分開。這種層的厚度為0.5-50毫米，或比如1毫米-24毫米厚，或比如 5毫米-15毫米厚。該圖案可通過光刻法形成。例如，在尖晶石材料沉積之后，圖案可由光敏材料 如光刻膠或光敏油墨形成。該光敏材料可通過噴涂、輥涂、層疊或噴墨涂覆涂布到尖晶 石上。具有期望圖案的光掩膜(Phototool)或掩膜可應(yīng)用于光敏材料。當(dāng)通過噴墨涂覆 施加光敏材料時，可以排除光掩膜，因為噴墨將材料涂覆為圖案。然后該光敏材料暴露 于光化輻射，并且一部分光敏材料顯影。其余的光敏材料形成間隔和信道的圖案，其中 導(dǎo)電材料層將被沉積。該圖案還可以由激光寫成。正性光刻膠涂覆在圓頂或制品上。然后將它設(shè)置在 電腦控制萬向架上。激光束選擇性地導(dǎo)向光刻膠。光刻膠顯影并形成圖案。圖案在導(dǎo)電線之間可以有多種的距離。例如該距離的范圍可以為0.5-2000微 米，或例如10-1000微米，或例如200-600微米，或例如50-100微米。然后將用于導(dǎo)電層的材料沉積在信道(channel)或間隔(space)中。通過物理 汽相淀積法沉積的材料覆蓋光敏材料頂部和圖案的信道或間隔。壁的部分仍然是無涂層 的，因為它們不在沉積物的瞄準線(line of sight)內(nèi)。這些光敏材料的壁的部分仍然是無 涂層的，并可以使用剝離器(stripper)來將光敏材料溶解或分散以除去它。具有任何材料 沉積在其上的光敏材料通過離開(lift-off)來移除。導(dǎo)電層保留下來。如果光敏材料的 頂部和壁都被涂覆，使得剝離器不能接觸該光敏材料時，可以應(yīng)用激光能量將光敏材料 上的任何涂層移除以暴露光敏材料，以使剝離器可以接觸到光敏材料?？梢圆迦胍粭l或 多條總線以在導(dǎo)電層和外部電源之間提供電接觸。當(dāng)需要一層或多層鈍化層時，該鈍化 層可以在移除任何保留的光敏材料以前沉積在金屬或金屬合金的暴露部分。然后用適合 的剝離器將保留的光敏材料剝落。金屬或金屬合金的暴露部分被有選擇地涂有一層或多層鈍化層?？蛇x擇地，在 剝離光敏材料之后可以在金屬或金屬合金上有選擇地沉積所有的鈍化層。相對于圖案來 說排列具有適合尺寸的光掩膜或掩膜，使得鈍化材料的一層或多層有選擇地包封任何剩 余的暴露金屬或金屬合金和結(jié)合材料。用于沉積保護層或鈍化層的光掩膜或掩膜的尺寸依賴于導(dǎo)電圖案的尺寸。這種 掩膜是具有孔的模板，所述孔圍繞(circumvallate)導(dǎo)電層。該孔足夠?qū)挘栽谕扛测g化 材料時允許保護材料在金屬和金屬合金層上流動(passage)并且沿著這些層的側(cè)面流動。在另一個實施方案中，可以氧化金屬，使得金屬氧化物的膜涂覆金屬和金屬合 金層。氧化劑包括但是不局限于過氧化氫、分子氧、臭氧、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、氯酸 鉀、硝酸、硫酸或它們的混合物。形成的金屬氧化物的例子包括但是不限于三氧化金、氧化銀、氧化銅、氧化 鈹、氧化鈷(cobaltous oxide)、三氧化二鈷(cobaltic oxide)、高鈷氧化物(cobaltocobaltic oxide) > 二氧化鈦、二氧化鉬、三氧化二鉬、三氧化鉬、二氧化銥、一氧化銠、二氧化 銠、三氧化二銠、二氧化釕、二氧化鎢、三氧化鎢和五氧化鎢。選擇性鈍化是指用鈍化材料僅僅包封導(dǎo)電層以及任何的結(jié)合層。導(dǎo)電圖案之間 的中間空隙不包含鈍化材料。這樣可以減少或消除制品對于輻射的不希望的折射率。因 此，在許多常規(guī)制品中改善了制品的輻射透過。
在鈍化層沉積在導(dǎo)電圖案上之后，尖晶石材料層通過化學(xué)汽相淀積進行沉積以 包封圖案。因為兩層均油相同的尖晶石組成，該兩層的界面形成強結(jié)合。沉積之后，可以用傳統(tǒng)方法對第二層進行機械加工、研磨和拋光。可將其機械 加工、研磨和拋光到刮傷/坑技術(shù)規(guī)范為120/80或更好，比如80/50。任選地，減反射 涂層可以放置在制品上。這些減反射涂層降低了制品的折射率。在其上涂布減反射涂層 可以將折射率減少到1.3，進一步改善制品的性能。這種減反射涂層是絕緣材料比如氟化 物、金屬氧化物和氧化鋁。下面的例子進一步說明本發(fā)明，但并非意欲限制它的范圍。實施例1通過A1C13、Mg、C02、HC1和H2的反應(yīng)制備尖晶石在化學(xué)汽相淀積室中于加熱的碳化硅芯棒上通過使A1C13氣體和Mg蒸汽的混合 物與(02和壓反應(yīng)來制備尖晶石。期望該尖晶石具有70微米和更小的晶粒尺寸。CVD 室由管中具有SiC襯套的石英管組成。在SiC襯套中設(shè)置有二個石墨蒸發(fā)器并用來容納 A1和Mg。固體鋁與HC1氣體在600-700°C反應(yīng)生成A1C13 (反應(yīng)1)。在500-650°C通過 升華Mg生成鎂氣體(反應(yīng)2)。因為Mg可以與石英管起反應(yīng)，所以設(shè)計了裝置以使Mg 蒸氣留在SiC襯套內(nèi)部，不會與石英管相接觸。通過用氧化鋁布(alumina cloth)在兩端 阻塞石英管和SiC襯套之間的空隙來加以保證。惰性的氬(Ar)氣體總是在20-500°C的 溫度流過Mg蒸發(fā)器以保證Mg不會自燃。1.2Al(s)+6HCl(g)+熱量=2AlCl3(g)+3H2(g)2.Mg(s)+熱量=Mg(g)3.2AlCl3(g)+Mg(g)+3H2(g)+4C02(g)+ 熱量=MgAl204(s)+6HCl(g)+4C0(g)由于Mg的蒸汽壓相當(dāng)?shù)?，?00°C時為0.7Torr，爐內(nèi)壓力保持在20Torr以流動 足夠量的Mg蒸汽。該芯棒溫度控制在900-1150°C。反應(yīng)物的流速如下表格 1
反應(yīng)物流速在鋁蒸發(fā)器中的氬0.5-0.75slpm在鎂蒸發(fā)器中的氬0.5-1.5slpm氬與co2和H20.5-lslpmHC10.15-0.2slpm二氧化碳l-5slpmH22-6slpm 平均沉積速率為1 y m/分鐘。期望得到的尖晶石沉積物為l-3mm厚的多晶單片鋁酸鹽，其無裂縫和純度至少為98% (反應(yīng)3)。期望尖晶石的透光范圍是0.2-6微米。實施例2通過A1C13、MgCl2、C02、HC1和H2的反應(yīng)制備尖晶石在化學(xué)汽相淀積室中于加熱的石英芯棒上通過使A1C113氣體和MgCl2氣體的混 合物與C02的H2反應(yīng)來制備尖晶石。期望該尖晶石具有70微米或更小的晶粒尺寸。 CVD室由管中具有石英襯套的石英管組成。通過固體鋁和HC1氣體在600-700°C反應(yīng)生 成A1C13(反應(yīng)4)。通過在750-950°C升華MgCl2固體生成MgCl2氣體(反應(yīng)5)。4.2Al(s)+6HCl(g)+熱量=2AlCl3(g)+3H2(g)5.MgCl2(s)+ 熱量=MgCl2(g)6.2 A1C13 (g) +MgCl2 (g) +4H2 (g) +4C02 (g) + 熱量=MgAl204(s)+8HCl(g)+4C0(g)該芯棒溫度控制在900-1150°C并且爐內(nèi)壓力保持在20_100Torr。反應(yīng)物的流速 如下表格權(quán)利要求
1.一種組合物，所述組合物由晶粒尺寸為70微米或更小且厚度至少為0.5mm的多晶 單片鋁酸鎂組成。
2.—種方法，所述方法包括a)提供多晶單片鋁酸鎂的氣態(tài)前體；b)使氣態(tài)前體反應(yīng)；和C)在襯底上沉積多晶單片鋁酸鎂，沉積速率為0.5-5微米/分鐘。
3.一種制品，所述制品包括晶粒尺寸為70微米或更小且厚度至少為0.5_的多晶單 片鋁酸鎂。
4.一種制品，所述制品包括一個或多個導(dǎo)電且選擇性鈍化的圖案，每個圖案包括一 個或多個金屬層，每個圖案結(jié)合到晶粒尺寸為70微米或更小且厚度至少為0.5mm的多晶 單片鋁酸鎂層，并位于晶粒尺寸為70微米或更小且厚度至少為0.5mm的多晶單片鋁酸鎂 層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，導(dǎo)電且選擇性鈍化的圖案包括一層或多層金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，通過CVD，PVD,CCVD, CACCVD或電解沉積在所述圖案上沉積一層或多層金屬層或者金屬合金層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶單片鋁酸鎂尖晶石。該多晶單片鋁酸鎂尖晶石粒徑小并可以作為厚的一片沉積物沉積在襯底上。該多晶單片鋁酸鎂尖晶石可以通過化學(xué)氣相淀積來制備和沉積。本發(fā)明還公開了由多晶單片鋁酸鎂尖晶石制作的制品。
文檔編號C30B28/14GK102011183SQ201010590520
公開日2011年4月13日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者H·A·G·斯特恩, J·S·戈爾拉 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司