寧波國際非晶態(tài)材料的制備方法

寧波國際材料基因工程研究院有限公司提出的此種制備方法，在較短時間內(nèi)，較低溫度下即可完成非晶態(tài)材料制備，大大降低了非晶態(tài)材料的制備成本，提高了制備效率。

集微網(wǎng)消息，新材料技術被視為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”，就在近日國內(nèi)高校在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表了關于非晶態(tài)材料的相關研究成果，再次將非晶態(tài)材料推向了半導體研究的熱點。

非晶態(tài)材料是有序度介于晶體和液體之間的一種聚集態(tài)材料，非晶態(tài)材料不像晶態(tài)物質(zhì)那樣具有完善的近程和遠程有序，而是不存在長程有序，僅具有近程有序。非晶態(tài)材料制備需要解決兩個問題：其一是必須形成原子或分子混亂排列的狀態(tài)，再者必須將非晶態(tài)材料熱力學上的亞穩(wěn)態(tài)在一定的溫度范圍內(nèi)保存下來，使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。

在非晶態(tài)前驅(qū)體制備過程中，由于采用多層膜體系會在其不同材料界面上發(fā)生擴散和結晶成核兩種過程，一旦成核便不易進一步擴散。但如果不控制所制備薄膜的厚度于擴散-結晶臨界厚度以下，則無法避免熱處理過程中中間化合物的產(chǎn)生，阻礙擴散的完全，這就需要額外的實驗探索不同薄膜材料擴散-結晶的臨界厚度，以便實驗時控制所制備薄膜沉積臨界厚度，增加了實驗工作量，降低了實驗效率。

為了解決上述問題，早在16年寧波國際材料基因工程研究院有限公司就申請了一項名為“一種非晶態(tài)材料制備方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01610050104.2），申請人為寧波國際材料基因工程研究院有限公司。

該專利提供了一種實驗效率高、僅通過簡單的材料沉積過程和低溫熱處理過程即可完成多種材料的均勻混合，進而完成非晶態(tài)材料制備的制備方法。

圖1 非晶態(tài)材料制備方法的流程圖

上圖1是本專利提出的非晶態(tài)材料制備方法的流程圖，由于非晶態(tài)材料種類繁多，這里我們以鐵-硼-鋁(Fe-B-Al)非晶態(tài)合金材料的制備方法為例進行說明。在Fe-B-Al非晶態(tài)合金材料的制備過程中，對于Fe、Al材料，我們通過磁控濺射方法進行薄膜沉積，而對于B材料，我們選擇電子束蒸發(fā)法進行薄膜沉積。

首先，在真空環(huán)境下，調(diào)節(jié)Fe材料沉積源的沉積功率，同時調(diào)節(jié)Fe材料沉積源與基片之間的間距，通過磁控濺射方法在基片上進行Fe材料薄膜沉積，保證基片上沉積的該層Fe材料薄膜厚度遠小于Fe材料的擴散-結晶臨界厚度，最后使得Fe材料薄膜的厚度為1 .5nm。

隨之調(diào)節(jié)B材料沉積源的沉積功率，同時調(diào)節(jié)B材料沉積源與基片之間的間距，通過電子束蒸發(fā)的方法在Fe材料薄膜上進行B材料薄膜沉積，并且保證基片上沉積的該層B材料薄膜厚度遠小于B材料的擴散-結晶臨界厚度。

在制備Al材料薄膜時，采用和Fe材料薄膜相同的制備方法，只是期望得到的Al材料薄膜的厚度是在1.8nm左右。

最后，依次循環(huán)上述操作，直至沉積的Fe-B-Al薄膜總厚度達到要求厚度，從而制成FeB-Al-Fe-B-Al…超晶格結構多層膜樣品。在普通水冷裝置的控制下，將上述Fe-B-Al-Fe-B-Al…超晶格結構多層膜樣品的制備過程放置在室溫條件下進行。然后再將所制備的Fe-B-Al-Fe-B-Al…超晶格結構多層膜樣品放置在100℃的環(huán)境中、大氣壓下進行3小時的熱處理，即可完成Fe-B-Al非晶態(tài)樣品的制備。

寧波國際材料基因工程研究院有限公司提出的此種制備方法，在較短時間內(nèi)，較低溫度下即可完成非晶態(tài)材料制備，大大降低了非晶態(tài)材料的制備成本，提高了制備效率。

國際上，美國、日本、德國等國家紛紛投入大量資金支持非晶態(tài)材料的研究，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而我國科研工作者也緊跟世界發(fā)展前沿，在非晶態(tài)領域的多個方向都取得了突破性進展，科研成果頗豐。希望在不久的將來，會有更多的非晶態(tài)材料應用在實際生活中，也希望我國半導體新材料的研究再創(chuàng)輝煌。