磁控溅射法制备Fe基纳米非晶薄膜及其磁性研究(3)
1.3非晶的结构特点
非晶材料的结构特点，总的来说就是长程无序短程有序。在非晶结构上，相邻原子无论是在配位数上还是在原子间距上都相差不大，尤其是相同种类晶态原子。它的这种无序状态甚至是在液体状态就已经存在了的。这样的结构一般都具有三个特点
1）非晶结构没有晶体析出物；2）非晶结构不存在偏析；3）非晶结构结构均匀，不存在位错等缺陷[7]。
这是因为，在形成非晶时，一般是靠外界的急冷，所以凝固几乎也是在瞬时间完成的。并且非晶结构是各向同性的，这与普通的金属晶化的晶体是有本质不同的。因此，非晶材料会有以上的特点。然而，非晶合金毕竟是亚稳态，并不是能量状态最小的状态，所以在外界条件变化的时候，非晶材料总是有晶化的趋势。这与非晶合金的结构状态也是密不可分的。
1.4铁基非晶材料的特点与发展趋势
科学家发现了许多非晶软磁材料，其中Co基和Fe基非晶软磁材料的性能最为优异，但受限于制备工艺，因此并不能实现或者很不容易实现制备块状非晶材料[8]。现如今，传统的配电设备使用的变压器铁芯等元件主要材料是采用传统硅钢，而假如使用Fe基非晶材料的话，由于其优秀的各向同性，以及高电阻率，可以使材料本身的磁导率提升很大，损耗减少，整个配电的空载损失至少可以减少百分之七十以上。铁基非晶材料的低矫顽力，高同向性，没有晶界、位错等缺陷，这些特点可以使材料中的磁壁畴毫无阻碍的移动，从而大幅度的提高了软磁材料的磁性。铁基材料作为市场上主流的软磁材料，很多人使用的电子产品中都将应用到铁基软磁材料，然而如若使用铁基非晶软磁材料的话，电子原件将会变得更小并且更高效。
在以前的理论中，人们如果想要得到非晶材料，必须要求三种或者三种元素以上混合。然而，由于饱和磁感应强度是材料本身的属性，饱和磁感应强度的强弱只与元素种类有关，与制备工艺无关，因此由于不同种类的元素的饱和磁感应强度不同，势必元素越多，材料所损失的饱和磁感应强度也就越多，这样元素的种类就限制了非晶材料的发展，因此人们就在这一方便进行优化，通过改善制备方法，减少元素种类对形成非晶=的影响。本文介绍的Fe-Si非晶材料就是这样一种二元的磁导率高，矫顽力小，磁感应程度强，损耗小，功能多样，应用广泛的Fe基非晶软磁材料，不仅具有非晶磁性材料的所有优点，还在性能上理论上高于一般的三元，或者三元以上元素数量的非晶材料。
相信凭借这种Fe基非晶软磁材料的优异性能，它一定会吸引众多科学家对它进行更深入的研究，而材料本身也有很多的发展潜力。如若可以发明出大规模制备块状非晶材料的方法，这一定会为人类科学技术研究做出巨大的贡献。
1.5磁控溅射法的原理和特点及应用
本文使用磁控溅射法制备非晶薄膜。磁控溅射是将靶材作为阴极，在靶材上方加一个正交磁场，在真空腔内通入高纯的Ar气，辉光放电，用磁场控制电子运行轨迹,束缚并延长电子的运动轨迹，提高电子的电离概率有效的利用了电子的能量。被控制的高能电子在运动中不断碰撞Ar气原子，使Ar原子获取能量，并且电离为Ar+离子和一个二次电子。被电离出来的Ar+离子不断轰击靶材，使靶材的原子具有克服束缚能的能量，逸出中性粒子，并且向基底迁移。迁移至衬底的原子或者原子团经过吸附，扩散，迁移，凝结，碰撞等过程，逐渐形成薄膜[9]。
使用磁控溅射法的过程主要分为两种，第一种包括：溅射；生长成核；生成薄膜。第二种包括：溅射；半成膜；热处理；成长，成核；生成薄膜。第一种流程适合生成化合物薄膜，控制好温度，避免成核便可以直接沉积出非晶态材料，也就是说可以生成非晶薄膜，本实验就将使用这第一种方法制备Fe-Si薄膜。第二种方法控制温度便可以实现退火。退火在金属冶炼中比较常见，控制好温度，利用热能，使材料内部消除内应力，从而消除一大部分的缺陷，是材料再结晶，甚至可以形成单晶。第二种方法可以让集成电路中的元件金属化[10]。