磁控溅射制备CuZr非晶薄膜及其结构的研究(3)
1.2 非晶合金的研究
1.2.1 非晶合金的研究发展
从晶体结构的角度来看，与晶体结构相反的固体是非晶体。所谓非晶体，是原子空间排列完全不规则的固体。实际上，即使是具有最接近原子程度周期性结构的也叫做非晶体。非晶合金材料是近些年来才为人熟知的一种材料。研究人员不断地思考，在非晶合金研究方面，不是局限的认为金属合金只能以结晶的形态发生凝固，经过不断研究思考，为非晶合金理论注入了新的思想和活力。怎么样容易形成非晶，非晶合金的相的结构是怎样的，非晶的金相是如何演变的,这些问题都得到了很好的解决。并且在提升非晶材料的性能方面也取得了很大的进步。
大块非晶合金是近些年才研发出的一种材料，具有良好的力学性能[10]，比较耐磨损和耐腐蚀，还具有抗辐射性能，另外它的磁学性能也很优异，上面种种优点，使得它很被看好，被认为可以应用在很多方面，甚至航天方面[11]都可能会有它的身影。块体非晶合金以目前现有的方式来制备需花费较大的人力物力，制备工艺上也具有一定的局限性，且非晶理论还处于发展期，尚不全面，人们的研究也不是仅仅停留在这一方面上。现代社会科学技术日新月异，检测系统和手段不断进步，人们对非晶薄膜的研究基础越来越牢固，因而对其的关注也日益密切。研究人员在这一方面也取得了一定的研究成果。例如，材料的磁性强度方面，对非晶薄膜的软磁材料做合适的退火处理，通过系列研究，获知不同实验条件下纳米晶的生长尺寸，选择与铁磁交换尺寸相近的材料进行研究，量子尺寸效应的存在会使软磁材料的矫顽力变小，并且磁导率得到显著提高[12]；功能材料方面，在大范围的薄膜太阳能电池和液晶显示中薄膜晶体管排布等方面，研究得到的高光敏性氢化非晶硅薄膜得到了广泛的应用[13],TiO2非晶薄膜具有较好的光学性能,薄膜的折射系数约可达到3.0,且不存在明显的光电效应[14]。本实验研究的Cu-Zr 系列合金薄膜同样也具有较高的硬度和优异的延展性能，这些特性与非晶结构的形成过程中的每一个参数都紧密相关。
1.2.2 非晶合金的形成
晶体的形成过程其实是一个形核与长大的过程，所以要得到非晶态合金，就要尽量阻止凝固时形核与长大情况的产生。一般来说，过冷是影响成核的关键因素。实验中通过对过冷度进行调整来掌控形核过程。从液态开始凝固有两种方法，第一种方法是液体缓慢冷却，慢慢得到晶体，第二种是液体快速冷却得到非晶态。这是因为液体在冷却时，分子之间吸引力增大，间距变小，原子迁移速率变慢，晶化过程便可能不会发生，这样便可能得到玻璃态。为了能够得到非晶态合金，在实验中至少要达到合金的弛豫速度比冷却速度小这一条件。合金熔体原子的形成晶体的速度和弛豫速度受温度影响很大。在比较低的温度下，晶化速度会放缓，弛豫速度也会减慢。所以，可以采取措施使得合金熔点下调，就可以在比较低的温度条件下获得过冷液体，这样便有利于获得非晶结构。
1.3 薄膜的物理制备方法
薄膜的制备方法大体上有物理方法和化学方法这两类。物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）是采用某一种物理过程，这个过程不会发生化学反应。比如物质的热蒸发过程或者在受到粒子轰击物体的外层原子溅射出来，这都是可以实现原子从原来物质表面到衬底底部形成薄膜的可控过程。
物理气相沉积有以下四个主要特点，一是靶材一般都是熔融态物质或固态物质；二是原物质不发生化学反应，只是形态变化，生成气相；三是一般都位于压力相对较低的环境；四是基片表面没有化学反应产生，只是简单地沉积。物理气相沉积方法主要包括真空蒸发法、分子束外延法、溅射法、离子束法和脉冲激光闪蒸法。现如今真空蒸镀法和溅射法是制备薄膜的主要方法。
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