專利名稱：高介電常數(shù)Al的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于Al2O3基陶瓷材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，微電子技術(shù)領(lǐng)域中對電容器件的電容密度及可靠性要求越來越高，現(xiàn)行技術(shù)中常用的SiO2材料，其相對介電常數(shù)約為6，較低的介電常數(shù)會造成器件因規(guī)格尺寸進一步縮小而產(chǎn)生的極限效應，嚴重損害器件的可靠性。Al2O3陶瓷的相對介電常數(shù)約為10，而且價格低廉，廣泛應用于微電子領(lǐng)域。制備Al2O3基陶瓷現(xiàn)行技術(shù)多采用燒結(jié)爐燒結(jié)技術(shù)。
目前，現(xiàn)行技術(shù)多采用燒結(jié)爐燒結(jié)方式制備Al2O3基陶瓷，制備的Al2O3陶瓷的相對介電常數(shù)約為10，燒結(jié)時間較長，至少需要數(shù)小時；燒結(jié)過程不易控制；易造成高溫燒結(jié)時的雜質(zhì)污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的調(diào)節(jié)功率激光制備方法，采用大功率激光作為加熱源，以調(diào)節(jié)激光功率并輔以旋轉(zhuǎn)工作臺的方式，快速制備出具有高介電常數(shù)的Al2O3基陶瓷。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的(1)將Al2O3基陶瓷坯體置于旋轉(zhuǎn)工作臺上，在30-60s的時間內(nèi)使激光功率密度達到630-1030w/cm2，同時開始燒結(jié)；(2)經(jīng)過60-300s的燒結(jié)后，在60-300s的時間內(nèi)連續(xù)降低激光功率密度為零；(3)激光關(guān)光，樣品冷卻成瓷。
整個制備過程中的旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為10°-50°/s。
所述Al2O3基陶瓷為Al2O3陶瓷或(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1.采用本方法制備的Al2O3基陶瓷的介電常數(shù)顯著提高，尤其以Al2O3陶瓷和(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷的介電常數(shù)變化最為顯著。傳統(tǒng)燒結(jié)的Al2O3陶瓷和(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷的介電常數(shù)平均值分別為9.8和10.5。而激光燒結(jié)后的Al2O3陶瓷的介電常數(shù)平均值為14.2，(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷的介電常數(shù)平均值為34.3，介質(zhì)損耗因子平均值分別為0.0039和0.1636。
2.由于激光器的光束質(zhì)量并不均勻，如果對激光束進行均光成本較高，采用旋轉(zhuǎn)工作臺可以避免光束質(zhì)量不均勻的問題，在實驗中效果比較好，實驗中發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)臺速度為10°-50°/s時，效果較好。
3.制備時間短，制備效率大大提高。
4.制備工藝常規(guī)條件下進行，工藝可控性強，重復性高。
5.由于不需坩堝，陶瓷制備無污染，制備樣品純度高。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的激光制備高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的方法在常溫下進行；采用HP4284ALCR精密測試儀器在25℃條件下測試樣品的介電性能，測試頻率為1MHz，介電性能測定結(jié)果見表1。
表1所列為按本發(fā)明制備高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的工藝參數(shù)及響應樣品的介電性能。其中實施例9，實施例10為Al2O3陶瓷，其余實施例為(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷。
本發(fā)明使用的激光器為德國Rofin-sina RS2500 CO2激光器。
將Al2O3基陶瓷坯體置于旋轉(zhuǎn)工作臺上，在30-60s的時間內(nèi)使激光功率密度達到630-1030w/cm2，同時開始燒結(jié)；經(jīng)過60-300s的燒結(jié)后，在60-300s的時間內(nèi)連續(xù)降低激光功率密度為零；激光關(guān)光，樣品冷卻成瓷。燒結(jié)過程中旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為10°-50°/s。
實施例1采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在60s內(nèi)將激光功率密度從0連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值850w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為50°/s，經(jīng)過90s的燒結(jié)時間后，然后在60s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例2采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在60s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值850w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為50°/s，經(jīng)過300s的燒結(jié)時間后，然后在300s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例3采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在30s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值630w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為25°/s，經(jīng)過150s的燒結(jié)時間后，然后在150s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例4采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在40s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值1030w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為25°/s，經(jīng)過210s的燒結(jié)時間后，然后在180s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例5采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在50s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值1030w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為50°/s，經(jīng)過300s的燒結(jié)時間后，然后在60s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例6采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在60s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值630w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為10°/s，經(jīng)過300s的燒結(jié)時間后，然后在300s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例7采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在30s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值750w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為10°/s，經(jīng)過180s的燒結(jié)時間后，然后在210s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例8采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷坯體；首先在45s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值950w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為25°/s，經(jīng)過60s的燒結(jié)時間后，然后在250s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例9采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射Al2O3陶瓷坯體；首先在40s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值900w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為10°/s，經(jīng)過180s的燒結(jié)時間后，然后在300s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
實施例10采用德國Rofin-sina RS2500激光器照射Al2O3陶瓷坯體；首先在50s內(nèi)將激光功率密度從零連續(xù)提高到燒結(jié)功率密度值900w/cm2，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為25°/s，經(jīng)過210s的燒結(jié)時間后，然后在240s內(nèi)降低激光功率至零；激光關(guān)光。樣品冷卻成瓷。
表1調(diào)節(jié)功率激光制備Al2O3基陶瓷的工藝參數(shù)及樣品介電性能

權(quán)利要求
1.一種高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的調(diào)節(jié)功率激光制備方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將Al2O3基陶瓷坯體置于旋轉(zhuǎn)工作臺上，在30-60s的時間內(nèi)使激光功率密度上升到630-1030w/cm2，同時開始燒結(jié)；(2)經(jīng)過60-300s的燒結(jié)后，在60-300s的時間內(nèi)降低激光功率密為零；(3)激光關(guān)光，樣品冷卻成瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的調(diào)節(jié)功率激光制備方法，其特征在于，整個制備過程中的旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為10°-50°/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)Al2O3基陶瓷的調(diào)節(jié)功率激光制備方法，其特征在于，所述Al2O3基陶瓷為Al2O3陶瓷或(Al2O3)0.988(Fe2O3)0.006(FeTiO3)0.006陶瓷。
全文摘要
一種高介電常數(shù)Al
文檔編號C04B35/64GK1648103SQ20051000029
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者蔣毅堅, 于振龍, 王偉, 季凌飛 申請人:北京工業(yè)大學