[发明专利]一种可调制带隙宽度的Fe-Si-Al系三元非晶薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种可调制带隙宽度的Fe-Si-Al系三元非晶薄膜，其特征在于：具有如下通式： Fe_(1-x-y)Si_xAl_y，其中：50at.%≤x≤70 at.%，1at.% ≤y≤11at.%，当60 at.% ≤ (x+y) ≤75 at.%时，该非晶薄膜材料的带隙宽度从0.45 eV增加到0.65eV，薄膜结构始终为非晶态。

2.根据权利要求1所述的可调制带隙宽度的Fe-Si-Al系三元非晶薄膜的制备方法，其特征在于：采用下列步骤：

（一）制备合金溅射靶材，其步骤如下：

①备料：按照Fe与Al原子百分比分别为4:0.15，4:0.5，4:1称取各组元量值，待用Fe、Al金属原料的纯度：Fe为99. 99 %，Al为99. 999%；

②合金锭的熔炼：熔炼Fe₄Al_z合金，其中z=0.15、0.5、1；将三组金属的混合料分别放在熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用真空电弧熔炼的方法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.03±0.01MPa，熔炼电流密度的控制范围为150±10A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼；前述过程反复熔炼至少3次，得到成分均匀的Fe₄Al_z合金锭；

③合金棒的制备：将步骤②中熔炼的Fe₄Al_0.15、Fe₄Al_0.5、Fe₄Al₁合金锭分别置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用上述真空电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10^-2Pa，然后充入氩气至气压为0.03±0.01MPa，熔炼所用电流密度为150±10A/cm²，熔化后，再持续熔炼10秒钟，断电，同时开启负压吸铸装置，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到要求规格的Fe₄Al_z合金棒；

④合金贴片的制备：用低速锯将步骤③中制备好的合金棒分别切成所需厚度的合金小片；

⑤合金溅射靶材的制备：用导电银胶将所需个数的Fe₄Al_z合金片粘贴在溅射所用纯度为99.999%的基础Si靶上，或者将Fe₄Al_z合金片直接镶嵌到有孔的纯度为99.999%基础Si靶上制成组合合金溅射靶材；

（二）制备Fe-Si-Al系三元非晶薄膜，其步骤如下：

①磁控溅射薄膜制备的Si(100)和Al₂O₃(0001)基片清洗：两种基片都需经过丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各10分钟；另外Si基片还需放入5％的HF中浸泡2~3分钟，取出再用去离子水冲洗干净；最后用N₂将两种基片吹干后放入真空室；

②磁控溅射设备抽真空：样品和靶材都放入真空室后，设备机械泵粗抽真空至5Pa以下，然后采用分子泵进行精抽真空，真空度抽至8.0×10^-4Pa；

③真空度达到所需的高真空后，充入纯度为99.999%的氩气至气压2Pa，让靶材起辉，然后调节氩气流量到10.0Sccm，工作气压调制0.5Pa，溅射功率85~120W，靶基距为8~12cm，溅射时间为60~90min，溅射完毕后，设备冷却30min，取出三元Fe-Si-Al薄膜样品。