退火工艺对磁控溅射生长的Pt薄膜微观结构及电性能的影响

铂(Pt)是温度传感器常见的敏感材料。为了改善退火工艺提高Pt薄膜的电学特性,采用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了以钽(Ta)为粘附层的Pt敏感薄膜,研究了不同退火温度、退火气氛和退火时间下的Pt薄膜结构以及电学性能方面的差异。结果表明:退火增强了薄膜的结晶化且使晶粒发生长大,从而有效降低了薄膜的电阻率。但过度退火,如退火温度超过1 000℃或过长的退火时间,会导致粘附层中的Ta元素向Pt薄膜中过度扩散,从而增加Pt薄膜的电阻率。在高纯N_2(99.999%)、超纯N_2(99.999 9%)及空气三种气氛中退火,结果发现在空气中退火的Pt薄膜电阻率最小,原因是空气中的氧元素在高温下穿过Pt薄膜扩散至Ta粘附层,形成了稳定的Ta_2O_5相,Ta元素向Pt薄膜的扩散减少。退火还提升了薄膜电阻随温度变化的线性度及其电阻温度系数(TCR),在空气中900℃退火1 h,Pt薄膜的TCR达到3.909×10~(-3)/℃,接近于块状Pt材料的值。此结果对提高Pt薄膜温度传感器的灵敏度具有重要意义。