CN106191763A - 一种硅化铁薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种硅化铁薄膜及其制备方法，其包括步骤：首先在待加工铁板表面和工具电极的工作面吸附一层硅粉；然后将脉冲电源的一极与铁板连接，脉冲电源的另一极与工具电极连接；开启脉冲电源，在铁板表面制得硅化铁薄膜。与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，硅化铁薄膜不易剥落的特点。

Description

一种硅化铁薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅化铁制备领域，尤其涉及一种硅化铁薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来，化合物半导体被广泛应用于各种光学器件、电子器件、其它器件及类似物。其中，硅化物半导体因其复杂且多样的化合形式，而被当做一种有优异电、光、磁和热电特性的材料被大力开发。硅化物半导体的实例包括以硅化铁为代表的过渡金属硅化物半导体，以及硅化钙和硅化镁为代表的碱土金属硅化物半导体。具体地说，由于硅化铁的组成成分是低环境负荷且为长期资源的铁和硅，以及与典型采用的硅底材的晶格失配少等原因，硅化铁作为一种在实践中非常有用且对环境影响较小的材料而受到关注。
对于硅化铁的制备方法，通常是铁元素或硅化铁被沉积在一个硅底材上，然后高温加热，或者是，铁被沉积在温度高的底材上，以便通过铁和硅之间的固相反应来形成目标化合物。然而上述方法存在能源浪费，生产成本高，及加工效率低等问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅化铁薄膜及其制备方法，旨在解决现有方法存在能源浪费，生产成本高，及加工效率低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种硅化铁薄膜的制备方法，其中，包括步骤：
A、首先在待加工铁板表面和工具电极的工作面吸附一层硅粉；
B、然后将脉冲电源的一极与铁板连接，脉冲电源的另一极与工具电极连接；
C、开启脉冲电源，在铁板表面制得硅化铁薄膜。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，步骤A之前还包括：对待加工铁板进行清洗处理。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，清洗步骤包括：首先将待加工铁板置于装有丙酮的超声波清洗机中清洗，去除待加工铁板表面油污，然后将待加工铁板置于45%氯化铵溶液中浸泡，去除待加工铁板表面的氧化层。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，步骤A具体包括：铁板接入静电发生器，利用静电吸附使待加工铁板表面吸附一层硅粉；工具电极接入静电发生器，利用静电吸附使工具电极的工作面吸附一层硅粉。
所述的在硅化铁薄膜的制备方法，其中，步骤A之后，步骤B之前，还包括步骤：使铁板与工具电极贴合并固定，铁板与工具电极之间间隔一层硅粉。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，铁板与工具电极之间的间隙在0.05mm-0.1mm。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，所述工具电极的材料为铁。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，步骤C中，脉冲电源的工作参数为：开路电压为400-800V，电流为2-20A，脉宽为50-200μs，脉间为100-500μs。
所述的硅化铁薄膜的制备方法，其中，脉冲电源的工作方式为：先采用电流12-20A、脉宽120-200μs、脉间300-500μs对铁板表面进行加工，然后采用电流2-12A、脉宽50-120μs、脉间100-300μs对铁板表面进行加工。
一种硅化铁薄膜，其中，采用如上任一所述的硅化铁薄膜的制备方法制备而成。
有益效果：本发明方法具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，硅化铁薄膜不易剥落的特点。
具体实施方式
本发明提供一种硅化铁薄膜及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种在铁板上制备硅化铁薄膜的方法较佳实施例，其包括步骤：
A、首先在待加工铁板表面和工具电极的工作面吸附一层硅粉；
B、然后将脉冲电源的一极与铁板连接，脉冲电源的另一极与工具电极连接；
C、开启脉冲电源，在铁板表面制得硅化铁薄膜。
本发明在待加工铁板表面和工具电极的工作面上附着一层硅粉，利用脉冲电源电火花放电产生的高温使待加工铁板表面的铁与硅粉反应，进而在铁板表面生成硅化铁薄膜。与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，硅化铁薄膜不易剥落的特点。
下面对本发明铁板上制备硅化铁薄膜的步骤进行详细说明。
本发明铁板待加工前，对待加工铁板进行清洗处理。具体清洗步骤包括：首先将待加工铁板置于装有丙酮的超声波清洗机中清洗，去除待加工铁板表面油污，然后将待加工铁板置于45%氯化铵溶液中浸泡，去除待加工铁板表面的氧化层。
然后铁板接入静电发生器，调节输出电压为25.0~27.0KV（如26.0KV），利用静电吸附使待加工铁板表面吸附一层规格为1800~2200目（如2000目）的硅粉；工具电极接入静电发生器，调节输出电压为25.0~27.0KV（如26.0KV），利用静电吸附使工具电极的工作面吸附一层规格为1800~2200目（如2000目）的硅粉。铁板与工具电极吸附硅粉后，使铁板与工具电极贴合并固定（即靠近并夹紧），此时铁板与工具电极之间间隔一层绝缘的硅粉薄层。其中，铁板与工具电极之间的间隙在0.05mm-0.1mm。若铁板与工具电极之间的间隙小于0.05mm，则增大静电发生器的输出电压，去除铁板与工具电极上的硅粉，重新使铁板与工具电极吸附硅粉；若间隙大于0.1mm，则减小静电发生器的输出电压，去除铁板与工具电极上的硅粉，重新使铁板与工具电极吸附硅粉。
然后将脉冲电源的一极与铁板连接，脉冲电源的另一极与工具电极连接，开启脉冲电源，在铁板表面制得硅化铁薄膜。本发明脉冲电源的工作参数为：开路电压为400-800V，电流为2-20A，脉宽为50-200μs，脉间为100-500μs。本发明脉冲电源的工作方式为：先采用开路电压为600-800V、电流12-20A、脉宽120-200μs、脉间300-500μs对铁板表面进行加工，然后采用开路电压为400-600V、电流2-12A、脉宽50-120μs、脉间100-300μs对铁板表面进行加工。本发明先采用较大加工参数保证介质的击穿，然后采用较小的加工参数保证铁板表面成膜的质量。当脉冲电源的工作参数介于上述范围内时，在铁板表面形成硅化铁薄膜层的厚度不低于0.02mm，能很好地满足实用性的要求。
优选地，本发明所述工具电极的材料为铁。
与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，硅化铁薄膜不易剥落的特点。
为方便本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面对本发明的具体实施方式进行详细阐述。
实施例1
一种硅化铁薄膜的制备，具体包括以下步骤：
1)清洗：首先将待加工铁板置于装有丙酮的超声波清洗机中清洗，去除待加工铁板表面油污，然后将待加工铁板置于45%氯化铵溶液中浸泡去除待加工铁板表面的氧化层。
2)吸附硅粉：首先将静电发生器的放电针固定于待加工铁板一侧，调节输出电压为26.0KV，然后用接入静电发生器的待加工铁板去吸附规格为2000目的硅粉。对工具电极（工具铁板）进行同样操作，然后使两块铁板（待加工铁板和工具铁板）附着硅粉的一侧相对贴合并固定。
3) 硅化铁薄膜制备：中间间隔硅粉薄层的两块铁板，分别接上脉冲电源的两极，利用两块铁板之间放电产生的瞬时高温使铁板表面与硅粉发生反应形成硅化铁薄膜层。
其中，步骤2）中，待加工铁板与工具电极（工具铁板）之间的间隙应确保在0.05mm-0.1mm范围内，否则重复步骤1直到达到要求为止。
步骤3）中，所述脉冲电源的工作参数为：开路电压600V，电流14A，脉宽120μs，脉间360μs。这样，就会在铁板表面形成一层均匀的、厚度不低于0.05mm的硅化铁薄膜。
实施例2
一种硅化铁薄膜的制备方法
本实施例与实施例1基本一致，区别在于：
1）、所述清洗步骤改为：先用砂纸打磨铁板表面去除氧化层，然后用浓度不小于99％的丙酮溶液清洗。需要注意的是，只要通过清洗达到去除铁板表面的污垢及氧化物即可，清除方式不限于上述举例。
2）、脉冲电源的工作参数如下，开路电压为800V，电流为20A，脉宽为200μs，脉间为500μs。
经实验验证，利用本实施例的加工方法，在铁板表面形成的硅化铁薄膜厚度可达0.08mm，性能得到进一步加强。
实施例3
一种硅化铁薄膜的制备
本实施例与实施例1基本一致，区别在于：
脉冲电源的工作方式为：首先在开路电压为800V，电流为20A，脉宽为200μs，脉间为500μs的条件下对铁板表面处理一段时间，然后适当减少电流、脉宽、脉间值，继续对铁板表面进行处理，需要注意的是，脉冲电源工作参数调整后，电流不小于2A，脉宽不小于50μs，脉间不小于100μs。本实施例先采用较大加工参数，然后采用较小的加工参数对铁板表面进行多次处理，在保证加工效率的前提下，有效提高硅化铁薄膜层的致密度。
综上所述，本发明提供的一种硅化铁薄膜及其制备方法，在铁板上附着一层硅粉，利用电火花放电产生的高温使铁板表面的铁与硅粉反应，进而在铁板表面生成硅化铁薄膜。与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单，加工效率高，生产成本低，硅化铁薄膜不易剥落的特点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、首先在待加工铁板表面和工具电极的工作面吸附一层硅粉；
B、然后将脉冲电源的一极与铁板连接，脉冲电源的另一极与工具电极连接；
C、开启脉冲电源，在铁板表面制得硅化铁薄膜。
2.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，步骤A之前还包括：对待加工铁板进行清洗处理。
3.根据权利要求2所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，清洗步骤包括：首先将待加工铁板置于装有丙酮的超声波清洗机中清洗，去除待加工铁板表面油污，然后将待加工铁板置于45%氯化铵溶液中浸泡，去除待加工铁板表面的氧化层。
4.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，步骤A具体包括：待加工铁板接入静电发生器，利用静电吸附使待加工铁板表面吸附一层硅粉；工具电极接入静电发生器，利用静电吸附使工具电极的工作面吸附一层硅粉。
5.根据权利要求1所述的在硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，步骤A之后，步骤B之前，还包括步骤：使铁板与工具电极贴合并固定，铁板与工具电极之间间隔一层硅粉。
6.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，铁板与工具电极之间的间隙在0.05mm-0.1mm。
7.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，所述工具电极的材料为铁。
8.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，步骤C中，脉冲电源的工作参数为：开路电压为400-800V，电流为2-20A，脉宽为50-200μs，脉间为100-500μs。
9.根据权利要求1所述的硅化铁薄膜的制备方法，其特征在于，脉冲电源的工作方式为：先采用电流12-20A、脉宽120-200μs、脉间300-500μs对铁板表面进行加工，然后采用电流2-12A、脉宽50-120μs、脉间100-300μs对铁板表面进行加工。
10.一种硅化铁薄膜，其特征在于，采用如权利要求1~9任一所述的硅化铁薄膜的制备方法制备而成。
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