[发明专利]一种采用低温退火制备非晶NiW合金薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于合金薄膜技术领域，涉及一种非晶NiW合金薄膜，尤其是一种采用低温退火制备非晶NiW合金薄膜的方法。

背景技术

非晶金属材料，又称金属玻璃，其内部结构具有无定型特点，即原子排列不具备长程有序性，内部没有位错、晶界等晶体结构缺陷。故与晶体材料相比，金属玻璃具有许多独特的性能，如:金属玻璃具有与金属多晶材料相当的弹性模量，却拥有比金属多晶材料更高的室温强度，以及接近理论值的压缩强度、良好的弹性性能（弹性极限应变约2%），同时还具有良好的软磁性能、耐腐蚀和耐磨性能等。其研究成果已被广泛应用于微机电系统（MEMS）、纳机电系统（NEMS）器件、信息器件、传感器件等高新领域的研发和设计。

传统的非晶金属材料制备均通过非平衡处理技术达成，主要包括：快速凝固化处理（RSP），机械合金，等离子处理，气相沉积和喷射沉积等。其基本原理为“激活和淬火”，即先通过某种方法给材料提供大量能量，使其内部结构远离平衡态，然后快速淬火使其内部结构停留在亚稳态。该技术的关键和难点是获得极大的淬火速率（～10⁵-10⁶Ks^-1）。而我们通过对磁控溅射沉积制备的纳米晶NiW合金薄膜低温退火制备出非晶NiW合金薄膜。此法避免了极大的淬火速度，简单易行，成本低，丰富了非晶金属材料的制备方法。对文献的进一步检索和分析，至今尚未发现和本发明技术主题相同或相似的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用低温退火制备非晶NiW合金薄膜的方法，该方法通过将磁控溅射沉积制备的纳米晶NiW合金低温真空退火，制备出近乎完全非晶化的NiW合金薄膜。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种采用低温退火制备非晶NiW合金薄膜的方法，将纳米晶NiW合金薄膜置于真空退火炉中，通过低温退火制备非晶NiW合金薄膜。

上述纳米晶NiW合金薄膜磁控溅射共沉积制备所得。

上述纳米晶NiW合金薄膜及非晶NiW合金薄膜成份均为Ni₇₇W₂₃。

进一步的，上述的采用低温退火制备非晶NiW合金薄膜的方法，具体包括以下步骤：

1）将单面抛光单晶硅基片分别用丙酮和酒精超声30分钟，吹干，放入真空磁控溅射设备的可旋转基体支撑架上，准备镀膜；

2）将Ni金属源靶材安置在A号靶材座上作为A号靶，并将W金属源靶材安置在B号靶材座上作为B号靶，工作时，首先将基体旋转按钮打开，转速为1圈/分钟，然后真空室抽真空，通入Ar气至真空室；开始共沉积，通过调节电流、电压来改变溅射功率控制Ni和W的原子配比，调节沉积时间来控制薄膜厚度，这样同时沉积并制备出纳米晶NiW合金薄膜；

3）将磁控溅射沉积制备的纳米晶NiW合金薄膜置于退火炉中，然后将炉中气压抽至1×10^-3Pa，调节退火温度至473K，设置退火时间为1小时，退火结束后炉冷至室温。

进一步的，上述步骤2）中，所述真空室抽真空至气压为5×10^-4Pa，然后真空室内通入Ar气，使气压为3×10^-1Pa。

进一步，上述步骤中，溅射靶材的纯度均大于99.95%。

进一步的，步骤2）中，所述A号靶选用直流脉冲电源，溅射功率为124W，沉积速率为8-10nm/min。

进一步的，步骤2）中，所述B号靶选用直流脉冲电源，溅射功率为65W，沉积速率为1-2nm/min。

进一步的，共沉积时A号靶的直流磁控溅射电压为325V；B号靶的直流磁控溅射电压为350V，负偏压为100V，基体与靶材的距离为8-10cm。

进一步的，以上步骤中，通过调节电流、电压来改变溅射功率控制Ni和W的原子配比，使其达到Ni₇₇W₂₃。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明所述低温退火法制备非晶NiW合金薄膜的方法，简单，易行，避免了传统非晶金属材料制备方法所需的极大的淬火速度。

（2）本发明所述低温退火法制备非晶NiW合金薄膜的方法，制备的非晶NiW合金薄膜成份为Ni₇₇W₂₃（at.%）,传统非晶金属材料制备方法难以制备该成份的非晶NiW合金。