一种用解析法预测成分制备Fe-Ga合金薄膜的方法

摘要

一种用解析法预测成分制备Fe-Ga合金薄膜的方法，采用JZCK-600F型多功能镀膜设备，利用合金单靶进行磁控溅射，合金靶成分为Fe₇₅Ga₂₅，将直径60mm，厚度3mm的圆形合金靶装在靶座上，靶基距为100mm；步骤为：对基片的选取及预处理，薄膜成分预测计算，所需铁片面积的确定，溅射镀膜，取样：等薄膜和基片的温度降至室温时方能取出制备好的样品放入干燥皿，以防薄膜的结构、性能在空气中有所改变；采用能谱仪EDS或者X射线荧光分析法(XRF)检测成分，与预测值对照，计算误差，以便再次溅射时可调整铁片面积修正。本发明可以解决低熔点金属镓难以用单质靶多靶共溅射制备合金薄膜的困难，同时可方便控制薄膜成分。

主权项

1.一种用解析法预测成分制备Fe-Ga合金薄膜的方法，其特征是：采用JZCK-600F型多功能镀膜设备，利用合金单靶进行磁控溅射，合金靶成分为Fe₇₅Ga₂₅，将直径60mm，厚度3 mm的圆形合金靶装在靶座上，靶基距为100mm；镀膜操作步骤为：(1)对基片的选取及预处理，选用抛光玻璃或Si片作为基底，在溅射之前，对基片的表面用丙酮、乙醇、去离子水等进行严格的清洗，去油去污去氧化物，可用超声波清洗以增强清洗效果，清洗完毕后再用热源烘干备用；(2)薄膜成分预测计算选取一定数量铁片，利用靶座的磁力将纯铁片分别吸引贴附在合金靶刻蚀区范围内，通过改变靶上铁片面积与合金靶面积的面积比，达到控制薄膜成分的目的，铁片为直径为2-5 mm的圆片，厚度1 mm，面积3.14-19.625 mm²，数量4-10片，按照圆环形分布在靶材刻蚀区，铁片面积及溅射试验条件确定后，溅射后薄膜中预测的铁Fe、镓Ga元素含量可由以下公式计算：            其中为预测计算出的溅射后薄膜的Fe元素含量；M_Ga%为预测计算出的溅射后薄膜的Ga元素含量；为铁片面积与靶材面积之比；为靶材中铁元素的含量，铁元素含量均为原子比含量；(3)所需铁片面积的确定如果计划想要制备的薄膜成分已经确定，即为已知，铁片所需面积α可利用下面的公式反推计算得出，其中d_Fe、r_Fe分别为所需铁片直径和半径；n为铁片数量；r_靶为Fe₇₅Ga₂₅合金靶直径；Π为圆周率；(4)溅射镀膜：A抽真空：对溅射室抽真空：将基片放入真空腔后，先用机械泵抽至3 Pa 左右，然后开启分子泵将真空腔内抽至约为1×10^-4 Pa的真空度；溅射的温度为室温，基片不加热；B通入工作气体，调整溅射气压：通过气体流量计和真空计控制高纯氩气进入真空腔，充入氩气到溅射室气压为0.6Pa；C设定溅射电压：调节直流电源，使溅射功率为90W，等稳定后，打开挡板进行薄膜沉积，溅射时间为1.5h；（5）取样：由于溅射时高能粒子撞击基片可能使基片温度升高，溅射完成后等待40~60Min，等薄膜和基片的温度降至室温时方能取出制备好的样品放入干燥皿，以防薄膜的结构、性能在空气中有所改变；（6）采用能谱仪EDS或者X射线荧光分析法检测成分，与预测值对照，计算误差，以便再次溅射时可调整铁片面积修正。