相關(guān)申請(qǐng)的引用本申請(qǐng)要求于2014年8月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/035,245的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以參考方式結(jié)合于本文。本公開涉及硬磁性材料和用于形成硬磁性材料的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：永磁鐵在許多機(jī)電系統(tǒng)中發(fā)揮作用，包括例如替代能源系統(tǒng)。例如，永磁鐵用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其可以用于車輛、風(fēng)力渦輪機(jī)、和其它替代能源機(jī)制。目前使用的許多永磁鐵包括稀土元素，如釹，其導(dǎo)致高磁能積(highmagneticenergyproduct)。這些稀土元素是相對(duì)供應(yīng)短缺的，并且可能面臨在未來(lái)價(jià)格上漲和/或供應(yīng)短缺。另外，包括稀土元素的一些永磁鐵的生產(chǎn)是昂貴的。例如，ndfeb和鐵氧體磁鐵的制造通常包括粉碎材料、壓縮材料、以及在高于1000℃的溫度下燒結(jié)，所有這些都造成了磁體的高制造成本。另外，稀土的開采可導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境惡化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本公開描述了包括α″-fe16n2的硬磁性材料以及使用化學(xué)氣相沉積(cvd)或液相外延(lpe)來(lái)形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的技術(shù)。因?yàn)閒e16n2具有高飽和磁化強(qiáng)度(highsaturationmagnetization)、高磁各向異性常數(shù)和高磁能積，因此包括α″-fe16n2的硬磁性材料可提供包括稀土元素的永磁鐵的替代。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種方法，包括加熱鐵源以形成包含含鐵化合物的蒸汽；在基底(substrate)上由包含含鐵化合物的蒸汽沉積鐵和由包含含氮化合物的蒸汽沉積氮以形成包含鐵和氮的層；以及退火包含鐵和氮的層以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種方法，包括將基底浸沒(méi)在包含含氮溶劑和鐵源的涂覆溶液中?？梢栽诟哂诖练e自涂覆溶液的鐵-氮混合物的液相線溫度的第一溫度下，用鐵源使涂覆溶液飽和。該方法還可以包括將基底浸沒(méi)在涂覆溶液中并將涂覆溶液冷卻到第二溫度以形成過(guò)飽和涂覆溶液。第二溫度可以低于鐵-氮混合物的液相線溫度。該方法另外可以包括將基底保持在過(guò)飽和涂覆溶液中以允許包含鐵和氮的涂層形成在基底上，以及退火包含鐵和氮的涂層以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種制品，其包括基底和在基底上的包含α″-fe16n2的層，其中使用cvd或lpe的至少一種來(lái)形成該層。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種系統(tǒng)，用于實(shí)施cvd或lpe的至少一種以形成制品，該制品包括基底和在基底上的包含α″-fe16n2的層。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種工件，其包含至少一個(gè)包括α″-fe16n2的相域(相疇，phasedomain)，其中使用cvd或lpe的至少一種來(lái)形成至少一個(gè)相域。在一些實(shí)施例中，本公開描述了一種制品，其包含多個(gè)工件。多個(gè)工件的至少一個(gè)工件包括至少一個(gè)工件包括包含α″-fe16n2的至少一個(gè)相域，并且使用cvd或lpe的至少一種來(lái)形成至少一個(gè)相域。在附圖和以下描述中闡述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)情況。通過(guò)描述和附圖，以及通過(guò)權(quán)利要求，其他特點(diǎn)、目的、和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。附圖說(shuō)明當(dāng)連同附圖一起閱讀時(shí)，將進(jìn)一步理解
發(fā)明內(nèi)容、以及下面的詳細(xì)描述。為了說(shuō)明本公開的目的，在附圖中示出實(shí)施例；然而，本公開不限于所公開的具體技術(shù)、組合物、和裝置。此外，不必按比例繪制附圖。圖1是示出了用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的示例性化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的概念和示意圖。圖2是鐵氮化物相圖。圖3是示出了α″-fe16n2晶胞概念圖。圖4是示出了具有鐵或鐵氮化物(例如，fe8n)域和α″-fe16n2域的材料的概念圖。圖5是示出了用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的示例性化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的概念和示意圖。圖6是示出了使用lpe在基底上形成包括α″-fe16n2的涂層的示例性系統(tǒng)的概念和示意圖。圖7是鐵-氮固-液相圖。具體實(shí)施方式通過(guò)參考以下的詳細(xì)描述并連同附圖和實(shí)施例(其形成本公開的一部分)一起，可以更容易地理解本公開。應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開不限于本文描述和/或顯示的具體裝置、方法、應(yīng)用、條件或參數(shù)，并且本文使用的術(shù)語(yǔ)是為了描述特定實(shí)施例的目的而不旨在限制權(quán)利要求。當(dāng)表示數(shù)值范圍時(shí)，另一個(gè)實(shí)例包括從一個(gè)特定值和/或到其它特定值。類似地，當(dāng)，通過(guò)使用先行詞“約”，將值表示為近似值時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解的是，特定值形成另一個(gè)實(shí)施例。所有范圍是包容性和可組合的。此外，提到在一定范圍內(nèi)陳述的值包括在上述范圍內(nèi)的每個(gè)值。如在本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“包含”的使用還應(yīng)該支持采用術(shù)語(yǔ)“由...組成”和“基本上由...組成”的其它實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，為清楚起見(jiàn)本文在單獨(dú)的實(shí)施例的上下文中描述的本公開的某些特征還可以組合地提供在單一實(shí)施例中。相反，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)在單一實(shí)施例的上下文中描述的本公開的各種特征還可以分開地或以任何子組合地加以提供。本公開描述了包括α″-fe16n2的硬磁性材料以及使用化學(xué)氣相沉積(cvd)或液相外延(lpe)來(lái)形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的技術(shù)。由于fe16n2具有高飽和磁化強(qiáng)度、高磁各向異性常數(shù)、和高磁能積，因此包括α″-fe16n2的硬磁性材料可提供包括稀土元素的永磁鐵的替代。在一些實(shí)施例中，包括α″-fe16n2的硬磁性材料可以具有工件的形式，其包含至少一個(gè)包含α″-fe16n2的相域。工件可以包括，例如，粒料、棒、薄膜、納米顆粒、粉、或納米粉。在一些實(shí)施例中，包括α″-fe16n2的硬磁性材料可以是包括多個(gè)工件的制品的形式。多個(gè)工件的至少一個(gè)工件可以包括至少一個(gè)包含α″-fe16n2的相域。該制品可以包括，例如，電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、機(jī)動(dòng)車輛的部件、或風(fēng)力渦輪機(jī)的部件。用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的技術(shù)可以包括cvd或lpe。這些技術(shù)的任何一種可以用來(lái)在基底上沉積包括含有α″-fe16n2的至少一層的薄膜。在一些實(shí)施例中，基底可以包括半導(dǎo)體，如硅、gaas、ingaas等。在其它實(shí)施例中，基底可以包括另一種材料，如玻璃、高溫聚合物、sic、mgo、sio2(例如，si或其它半導(dǎo)體基底上的sio2層)、sin、sialc、tin等?；瘜W(xué)氣相沉積可以允許將包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到半導(dǎo)體器件中以及將α″-fe16n2的形成結(jié)合到半導(dǎo)體工藝。例如，可以將包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)、磁性邏輯器件、磁存儲(chǔ)器件、磁微機(jī)電系統(tǒng)(mems)、微型電動(dòng)機(jī)、微驅(qū)動(dòng)器、納米電動(dòng)機(jī)、納米驅(qū)動(dòng)器等。圖1是示出了用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的示例性化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)10的概念和示意圖。系統(tǒng)10包括化學(xué)氣相沉積(cvd)室12，其可以圍繞接受器14。由接受器14來(lái)保持基底16，以及在至少一部分的基底16上形成涂層18。cvd室12可以包括，例如。石英或另一種耐火材料。在一些實(shí)施例中，cvd室12可以形成自對(duì)于射頻(rf)磁能基本上透明的材料。在一些實(shí)施例中，cvd室12至少部分地被rf感應(yīng)線圈20包圍。rf感應(yīng)線圈20可以電連接至rf源(在圖1中未示出)，其導(dǎo)致在rf處的交流電流流經(jīng)rf感應(yīng)線圈20。在一些實(shí)施例中，通過(guò)接受器14可以吸收由rf感應(yīng)線圈20生成的rf磁場(chǎng)，其將rf能量轉(zhuǎn)換成熱量。這加熱基底16。因此，在一些實(shí)施例中，接受器14可以包括石墨或另一種材料，其吸收由rf感應(yīng)線圈20生成的頻率的rf能量。在一些實(shí)施例中，可以成形或定向接受器14以將基底16定位于相對(duì)于進(jìn)口22的斜面。以相對(duì)于進(jìn)口22處的斜面來(lái)定位基底16可以減少或基本消除下游耗盡，下游耗盡是基底16的下游部分涂覆有比基底16的上游部分更薄的涂層的一種現(xiàn)象，這是由于當(dāng)涂覆氣體沿著基本水平的基底16流動(dòng)時(shí)，來(lái)自涂覆氣體的反應(yīng)物的耗盡。在一些實(shí)施例中，不包括由rf感應(yīng)線圈20加熱的接受器14，可以加熱cvd室12，從而加熱cvd室12的整個(gè)容積。例如，可以將cvd室12設(shè)置在加熱爐中，或cvd室12可以由吸收rf能量并加熱cvd室12的容積的材料形成?；?6可以包括可以在其上形成涂層18的任何材料。在一些實(shí)施例中，基底16可以包括半導(dǎo)體，如硅、gaas、ingaas等。在其它實(shí)施例中，基底可以包括另一種材料，如玻璃、高溫聚合物、sic、mgo、sio2(例如，在si或其它半導(dǎo)體基底上的sio2層)、sin、sialc、tin等。在一些實(shí)施例中，基底16可以包括具有與α″-fe16n2不同的晶格結(jié)構(gòu)、不同的晶格參數(shù)、或兩者的結(jié)晶材料。在一些實(shí)施例中，基底16另外或可替換地可以具有不同于α″-fe16n2的熱膨脹系數(shù)(cte)。在其中基底16包括與α″-fe16n2不同的晶格結(jié)構(gòu)、不同的晶格參數(shù)、或不同的cte的至少一種的實(shí)施例中，在退火工藝期間，基底16能夠?qū)?8施加應(yīng)變，其可以促進(jìn)在涂層18中α″-fe16n2的形成。cvd室12可以包括進(jìn)口22和出口24。進(jìn)口22可以流體連接至涂覆氣體的一個(gè)或多個(gè)源。例如，在系統(tǒng)10中，進(jìn)口22流體連接至載氣源26、涂層成分的第一源30、和涂層成分的第二源34。在一些實(shí)施例中，載氣源26可以包括將涂覆氣體攜帶到cvd室12的內(nèi)部的氣體。在一些實(shí)施例中，載氣源26可以包括基本惰性氣體源(例如，在系統(tǒng)10的操作期間，基本上不與在系統(tǒng)10中存在的其它元素和化合物反應(yīng)的氣體)?；旧隙栊詺怏w可以包括，例如，稀有氣體，如氬氣。在一些實(shí)施例中，載氣源26另外或可替換地可以包括可以與在系統(tǒng)10中存在的一種或多種元素和化合物反應(yīng)的氣體。例如，載氣源26可以包括氫氣(h2)源。在一些實(shí)施例中，氫氣可以與鐵前體反應(yīng)以釋放鐵。在某些情況下，載氣源26可以包括基本上惰性氣體和與在系統(tǒng)10中存在的一種或多種元素和化合物反應(yīng)的氣體的混合物。例如，載氣源26可以包括氫氣和氬氣的混合物。通過(guò)導(dǎo)管或管道、以及至少一個(gè)閥門28，載氣源26可以流體連接至cvd室12。閥門28可以用來(lái)控制載氣從載氣源26到cvd室12的流量。系統(tǒng)10還包括第一源30。第一源30可以包括含有含氮化合物的蒸汽的源。在一些實(shí)施例中，第一源30可以包括氮前體的氣體源，如氣態(tài)氨(nh3)。在其它實(shí)施例中，第一源30可以包括氮前體的液體或固體源，如硝酸銨(nh4no3；固體)、酰胺(液體或固體)、或肼(液體)。酰胺包括c-n-h鍵并且肼包括n-n鍵。硝酸銨、酰胺和肼可以作為用于形成包括鐵氮化物的粉的氮供體。示例性酰胺包括碳酰二胺((nh2)2co；也稱為脲)、甲酰胺(式1)、苯甲酰胺(式2)、和乙酰胺(式3)，但可以使用任何酰胺。在一些實(shí)施例中，通過(guò)用胺基替換羧酸的羥基，酰胺可以衍生自羧酸。這種類型的酰胺(amide)可以稱為酸酰胺(acidamide)。在其中在第一源30中的含氮化合物是固體或液體的實(shí)施例中，第一源30可以包括熱源以汽化含氮化合物并形成包括含氮化合物的蒸汽。通過(guò)導(dǎo)管或管道、和至少一個(gè)閥門32，第一源30可以流體連接至cvd室12。閥門32可以用來(lái)控制含氮蒸汽從第一源30到cvd室12的流量。系統(tǒng)10還包括第二源34。第二源34可以包括鐵或鐵前體(或供體)的源。在圖1示出的實(shí)施例中，第二源34含有液態(tài)鐵供體36，如fecl3或fe(co)5。通過(guò)閥門40，第二源34流體連接至氣體源38，閥門40控制氣體源38進(jìn)入第二源34的流量。在一些實(shí)施例中，氣體源38可以是氫氣(h2)或另一種還原氣體的源。來(lái)自氣體源38的氣體流入第二源34并汽化至少一些液態(tài)鐵供體36。然后，通過(guò)進(jìn)口22，來(lái)自氣體源38的氣體攜帶包括含鐵化合物的蒸汽進(jìn)入cvd室12。閥門28、32、和40可以用來(lái)控制進(jìn)入cvd室12的氣體和蒸汽總流速(流量，flowrate)，以及在流入cvd室12的氣體和蒸汽中載氣、包括含氮化合物的蒸汽、和包括含鐵化合物的蒸汽的相對(duì)比例。在一些實(shí)施例中，可以控制閥門28、32、和40以在流入cvd室12的氣體和蒸汽中產(chǎn)生在約11.5:1(鐵:氮)至約5.65:1(鐵:氮)之間的鐵與氮的原子比。例如，在流入cvd室12的氣體和蒸汽中在鐵和氮原子之間的原子比可以是約9:1(鐵:氮)，約8:1(鐵:氮)，或約6.65:1(鐵:氮)。在一些實(shí)施例中，載氣的流速可以是約5標(biāo)準(zhǔn)cm3/分鐘(sccm)至約5,000sccm，包括含氮化合物的蒸汽的流速可以在約10sccm至約1,000sccm之間，并且包括含鐵化合物的蒸汽的流速可以在約100sccm至約5,000sccm之間。流速如這些流速可以產(chǎn)生涂層18的約100微米/小時(shí)(μm/h)至約1,000μm/h之間的生長(zhǎng)速率。在一些實(shí)施例中，可以由接受器14和rf感應(yīng)線圈20將基底16加熱至高于含鐵化合物的分解溫度、含氮化合物的分解溫度、或兩者。例如，可以通過(guò)接受器14和rf感應(yīng)線圈20將基底16加熱至約200℃至約1,000℃之間的溫度。在一些其中基本上僅加熱接受器14和基底16的實(shí)施例中，可以分解含鐵化合物和含氮化合物以釋放鐵和氮，或可以彼此反應(yīng)以形成鐵氮化物化合物。由于基底16被加熱，在基底16的表面處可以發(fā)生該反應(yīng)，從而導(dǎo)致涂層18形成并包括鐵和氮。在其中基本上cvd室12的整個(gè)容積被加熱(例如，通過(guò)加熱爐)的實(shí)施例中，在cvd室12的容積內(nèi)在基底上方可以發(fā)生該分解反應(yīng)或在含鐵化合物和含氮化合物之間的反應(yīng)。然后釋放的鐵和氮原子或鐵氮化物化合物可以沉積在基底16的表面上的涂層18中。在一些實(shí)施例中，在含鐵化合物和含氮化合物之間的反應(yīng)可以包括：16fecl3+2nh3+21h2→2fe8n+48hcl在一些實(shí)施例中，可以掩蔽部分基底16，僅留下暴露的部分基底16以用于形成涂層18。在其它實(shí)施例中，可以在涂層18的沉積以后蝕刻部分涂層18以除去部分涂層18，僅留下涂覆有涂層18的部分基底16。以這種方式，可以僅在基底16的選擇部分上可控地形成涂層18。如前文的描述，在進(jìn)入cvd室12的氣體和蒸汽中鐵與氮的比率可以在約11.5:1(鐵:氮)和約5.65:1(鐵:氮)之間，如約8:1(鐵:氮)。涂層18可以包括與進(jìn)入cvd室12的氣體和蒸汽中大約相同比率的鐵和氮。因此，涂層18可以包括約11.5:1(鐵:氮)至約5.65:1(鐵:氮)之間的鐵與氮比率，如約9:1(鐵:氮)，約8:1(鐵:氮)，或約6.65:1(鐵:氮)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)沉積時(shí)，除鐵和/或氮之外，涂層18還可以包括至少一種類型的鐵氮化物，如例如fen、fe2n(例如，ξ-fe2n)、fe3n(例如，ε-fe3n)、fe4n(例如，γ′-fe4n、γ-fe4n、或兩者)、fe2n6、fe8n、α″-fe16n2、或fenx(其中x是約0.05和約0.5之間)。在一些實(shí)施例中，涂層18可以具有至少92原子百分比(at.％)的純度(例如，鐵和氮共同給的含量)。涂層18可以包括任何選定的厚度，并且厚度可以至少部分地取決于cvd參數(shù)，包括實(shí)施cvd技術(shù)的時(shí)間。在一些實(shí)施例中，涂層18另外可以包括至少一種摻雜劑，如鐵磁性或非磁性摻雜劑和/或相穩(wěn)定劑。在一些實(shí)施例中，至少一種鐵磁性或非磁性摻雜劑可以稱為鐵磁性或非磁性雜質(zhì)和/或相穩(wěn)定劑可以稱為相穩(wěn)定雜質(zhì)。鐵磁性或非磁性摻雜劑可以用來(lái)增加形成自涂層18的硬磁性材料的磁矩、磁矯頑力(megneticcoercivity)、或熱穩(wěn)定性的至少一種。鐵磁性或非磁性摻雜劑的實(shí)例包括sc、ti、v、cr、mn、co、ni、cu、zn、zr、nb、mo、ru、rh、pd、ag、cd、pt、au、sm、c、pb、w、ga、y、mg、hf、和ta。例如，相比于不包括mn摻雜劑原子的鐵氮化物材料，在包括至少一個(gè)fe16n2相域的鐵氮化物材料中，包括在約5at.％和約15at.％之間水平的mn摻雜劑原子可以改善fe16n2相域的熱穩(wěn)定性和材料的磁矯頑力。在一些實(shí)施例中，一種以上的(例如，至少兩種)鐵磁性或非磁性摻雜劑可以包括在包含鐵和氮的混合物中。在一些實(shí)施例中，鐵磁性或非磁性摻雜劑可以作為域壁釘扎點(diǎn)(domainwallpinningsite)，其可以改善形成自涂層18的磁性材料的矯頑力。表1包括在涂層18內(nèi)鐵磁性或非磁性摻雜劑的示例性濃度。表1摻雜劑濃度(at.％)sc0.1-33ti0.1-28v0.1-25nb0.1-27cr0.1-10mo0.1-3mn0.1-28ru2-28co0.1-50rh11-48ni2-71pd0.1-55pt0.1-15cu0.1-30ag1-10au1-10zn0.1-30cd0.1-35zr0.1-33pb0.1-60mg0.1-60w0.1-20ta0.1-20ga0.1-10sm0.1-11可替換地或另外地，涂層18可以包含至少一種相穩(wěn)定劑。至少一種相穩(wěn)定劑可以是選擇的元素以改善fe16n2體積比、熱穩(wěn)定性、矯頑力、和耐腐蝕性的至少一種。當(dāng)存在于涂層18中時(shí)，至少一種相穩(wěn)定劑可以以約0.1at.％和約15at.％之間的濃度存在于包括鐵和氮的混合物中。在一些其中在混合物中存在至少兩種相穩(wěn)定劑的實(shí)施例中，至少兩種相穩(wěn)定劑的總濃度可以在約0.1at.％和約15at.％之間。至少一種相穩(wěn)定劑可以包括，例如，b、al、c、si、p、o、co、cr、mn、和/或s。例如，相比于不包括mn摻雜劑原子的鐵氮化物材料，在包括至少一個(gè)fe16n2相域的氮化鐵材料中包括約5at.％和約15at.％之間水平的mn摻雜劑原子可以改善fe16n2相域的熱穩(wěn)定性和鐵氮化物材料的磁矯頑力。在涂層18已形成到預(yù)定厚度以后，可以從cvd室12除去基底16和涂層18并經(jīng)受退火工藝。退火工藝可以促進(jìn)在涂層18中α″-fe16n2硬磁性相的形成?？梢栽谕繉?8中在產(chǎn)生由于基底16和涂層18的熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致的應(yīng)變的溫度下進(jìn)行退火工藝，以進(jìn)入α″-fe16n2相。另外，退火工藝允許n+離子在涂層18中的鐵晶體內(nèi)的擴(kuò)散以形成包括α″-fe16n2相域和fe8n相域的鐵氮化物。圖2是鐵氮化物相圖，其復(fù)制自e.h.dumarchivanvoorthuysenetal.low-temperatureextensionofthelehrerdiagramandtheiron-nitrogenphasediagram,33ametallurgicalandmaterialstransactionsa2593,2597(八月2002)，其全部?jī)?nèi)容以參考的方式結(jié)合于本文。如圖2所示，在相對(duì)較低的溫度下的退火允許部分fe8n無(wú)序相轉(zhuǎn)換成α″-fe16n2有序相。在一些實(shí)施例中，可以在低于約250℃的溫度下進(jìn)行退火工藝，如在約120℃和約220℃之間，在約120℃和約200℃之間，在約150℃和約200℃之間，或在約150℃下。可以在氮?dú)?n2)或氬氣(ar)氣氛中，或在真空或接近真空中，進(jìn)行退火工藝?？梢曰诶鐦悠返某叽缫约霸谕嘶饻囟认碌釉阼F中的擴(kuò)散系數(shù)，來(lái)選擇退火步驟的溫度和持續(xù)時(shí)間。基于這些因素，可以選擇溫度和持續(xù)時(shí)間以提供氮原子擴(kuò)散到在涂層18內(nèi)的位置的足夠的時(shí)間，以形成fe16n2域。另外，可以基于在涂層18中α″-fe16n2相域的所期望的體積分?jǐn)?shù)來(lái)選擇退火工藝的溫度和持續(xù)時(shí)間。例如，在選定的溫度下，較長(zhǎng)的退火工藝能夠?qū)е娄痢?fe16n2的較高的體積分?jǐn)?shù)。類似地，對(duì)于給定的退火工藝持續(xù)時(shí)間，較高的溫度能夠?qū)е娄痢?fe16n2的較高的體積分?jǐn)?shù)。然而，對(duì)于高于閾值的持續(xù)時(shí)間，由于α″-fe16n2的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的值，因此可以限制或消除α″-fe16n2的另外的體積分?jǐn)?shù)。例如，在約150℃的溫度下，在約20小時(shí)以后，α″-fe16n2的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到穩(wěn)定值。退火工藝的持續(xù)時(shí)間可以是至少約5小時(shí)，如至少約20小時(shí)，或在約5小時(shí)和約100小時(shí)之間，或在約5小時(shí)和約80小時(shí)之間，或在約20小時(shí)和約80小時(shí)之間，或約40小時(shí)。fe8n和α″-fe16n2具有類似的體心四方(bct)晶體結(jié)構(gòu)。然而，在α″-fe16n2中，氮原子在鐵晶格內(nèi)是有序化的，而在fe8n中，氮原子則隨機(jī)分布在鐵晶格內(nèi)。圖3是示出了α″-fe16n2晶胞的概念圖。如圖3所示，在α″-fe16n2相中，沿著(002)(鐵)晶面排列氮原子。同樣在圖3中所示，鐵氮化物晶胞被扭曲使得晶胞沿著<001>軸的長(zhǎng)度是大約6.28埃而晶胞沿著<010>和<100>軸的長(zhǎng)度則是大約當(dāng)處于應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，α″-fe16n2晶胞可以稱為bct晶胞。當(dāng)α″-fe16n2晶胞處于應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，<001>軸可以稱為晶胞的c軸。退火工藝促進(jìn)bct晶體結(jié)構(gòu)的形成，這至少部分是由于施加于鐵晶格的應(yīng)變，其是由于在后退火步驟期間基底和鐵氮化物工件的不均勻膨脹的結(jié)果。例如，鐵的熱膨脹系數(shù)是11.8μm/m·k，而硅的熱膨脹系數(shù)則是2.6μm/m·k。熱膨脹系數(shù)的這種差異導(dǎo)致了基本上平行于涂層18的主平面的壓縮應(yīng)力以及在具有(110)面的涂層18上沿著<001>結(jié)晶方向產(chǎn)生的相應(yīng)的拉伸力。在一些實(shí)施例中，在涂層18上的應(yīng)變可以在約0.3％和約7％之間，這能夠?qū)е略阼F氮化物的單個(gè)晶體上基本相似的應(yīng)變，使得晶胞沿著<001>軸伸長(zhǎng)約0.3％和約7％之間。這可以促進(jìn)在α″-fe16n2晶體的優(yōu)選位置處氮原子的摻入。在一些實(shí)施例中，不是將所有涂層18轉(zhuǎn)換為α″-fe16n2相，退火工藝可以導(dǎo)致在fe、fe8n、和/或鐵氮化物組合物的域內(nèi)的α″-fe16n2相域的形成。圖4是示出了具有鐵或鐵氮化物(例如，fe8n)域42和α″-fe16n2域44的材料的概念圖。由于可以在納米尺度上(例如，鐵或鐵氮化物域42和α″-fe16n2域44的尺寸是納米級(jí)的)結(jié)構(gòu)化涂層18，所以基本上整個(gè)涂層18可以發(fā)生在磁性硬α″-fe16n2域44和軟磁鐵或鐵氮化物域42之間的磁耦合。由于α″-fe16n2和鐵或鐵氮化物晶體具有基本上類似的晶體結(jié)構(gòu)，所以材料可以是自然晶體結(jié)構(gòu)連貫的(crystallographicallycoherent)，這意味著具有對(duì)齊的易軸(alignedeasyaxis)，其產(chǎn)生各向異性。這可以促進(jìn)通過(guò)在α″-fe16n2域44和鐵或鐵氮化物域42之間的相界的交換彈性耦合(exchange-springcoupling)。交換彈性耦合可有效改善磁性材料的磁能積并為基體材料(bulkmaterial)提供類似于由α″-fe16n2形成的基體材料的磁性能。為了實(shí)現(xiàn)磁性材料的整個(gè)體積的交換彈性耦合，可以在整個(gè)涂層18中分布α″-fe16n2域，例如，在納米或微米尺度上。例如，磁性硬fe16n2相可以構(gòu)成涂層18的總體積的約5vol.％和約40vol.％之間，或涂層18的總體積的約5vol.％和約20vol.％之間，或涂層18的總體積的約10vol.％和約20vol.％之間，或涂層18的總體積的約10vol.％和約15vol.％之間，或涂層18的總體積的約10vol.％，且涂層18的體積的剩余部分是軟磁材料。軟磁材料可以包括例如fe、feco、fe8n、或它們的組合。在一些實(shí)施例中，如當(dāng)軟磁材料包括fe或fe8n時(shí)，fe16n2和fe或fe8n域的晶體結(jié)構(gòu)可以是連貫的。換句話說(shuō)，在域之間可以是晶格匹配的。這可以促進(jìn)在磁性硬fe16n2域77和軟磁鐵或鐵氮化物域42之間的有效的交換彈性耦合，特別是跨過(guò)相界。通過(guò)使用cvd在基底16上形成涂層18，可以將包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到使用cvd和現(xiàn)有制造技術(shù)(其采用cvd)所形成的其它產(chǎn)品內(nèi)。使用現(xiàn)有cvd制造操作，包括掩蔽，可以將包括α″-fe16n2的硬磁性材料沉積在基底16的預(yù)定部分或區(qū)域上。例如，可以將包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)集成電路器件內(nèi)，并且可以將用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的cvd技術(shù)結(jié)合到現(xiàn)有cmos處理技術(shù)中。例如，可以將包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)、磁性邏輯器件、磁存儲(chǔ)器件、磁微機(jī)電系統(tǒng)(mems)、微型電動(dòng)機(jī)、微驅(qū)動(dòng)器、納米電動(dòng)機(jī)、納米驅(qū)動(dòng)器等中。在其它實(shí)施例中，可以將使用cvd所形成的包括α″-fe16n2的硬磁性材料結(jié)合到利用硬磁性材料的其它器件，如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁性記錄介質(zhì)、和磁共振成像(mri)磁體、以及其它應(yīng)用。cvd可以允許比一些其它技術(shù)，如分子束外延(mbe)，更快的涂層18的生長(zhǎng)，而在一些實(shí)施例中，相比于一些其它技術(shù)，如濺射，則形成優(yōu)良涂層。雖然圖1示出用于使用含液態(tài)鐵材料的cvd的示例性系統(tǒng)10，但在其它實(shí)施例中，可以使用含固體鐵材料來(lái)進(jìn)行cvd。圖5是示出了用于形成包括α″-fe16n2的硬磁性材料的示例性化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)50的概念和示意圖。在一些實(shí)施例中，除本文描述的差異之外，圖5的系統(tǒng)50可以類似于或基本上相同于參照?qǐng)D1所描述的系統(tǒng)10。系統(tǒng)50包括cvd室52。cvd室52保衛(wèi)接受器54，其可以類似于或基本上相同于圖1的接受器14。在圖5所示的實(shí)施例中，并不成形或定向接受器54以將基底16定位于相對(duì)于進(jìn)口56和58的斜面。在其它實(shí)施例中，可以成形或定向接受器54以將基底16定位于相對(duì)于進(jìn)口56和58的斜面。cvd室52可以包括，例如，石英或另一種耐火材料。在一些實(shí)施例中，cvd室52可以由對(duì)于射頻(rf)磁能基本上透明的材料形成。cvd室52至少部分地被rf感應(yīng)線圈20包圍。rf感應(yīng)線圈20可以類似于或基本上相同于圖1所示的rf感應(yīng)線圈。cvd室52包圍基底16，在基底16上形成涂層18。將基底16設(shè)置在接受器54上。在一些實(shí)施例中，不包括由rf感應(yīng)線圈20加熱的接受器54，可以加熱cvd室52從而加熱cvd室52的整個(gè)容積。例如，可以將cvd室52設(shè)置在加熱爐中，或cvd室52可以由吸收rf能量并加熱cvd室52的容積的材料形成。cvd室52可以包括進(jìn)口56和58以及出口24。進(jìn)口56和58可以流體連接至涂覆氣體的一個(gè)或多個(gè)源。例如，在系統(tǒng)50中，進(jìn)口56流體連接至封閉含固體鐵材料62的室60，并且經(jīng)由閥門32進(jìn)口58流體連接至第一源30。第一源30和閥門32可以類似于或基本上相同于上文相對(duì)于圖1所描述的。例如，第一源30可以包括包含含氮化合物的蒸汽的源。室60包圍含固體鐵材料62。在一些實(shí)施例中，含鐵材料62可以包括含鐵粉、膠粒(坯料，billet)、或沉積在基底上的薄膜。在一些實(shí)施例中，在含鐵粉中的顆粒可以限定大約為納米或微米級(jí)的平均特征尺寸。在一些實(shí)施例中，含鐵薄膜可以限定為在約500納米(nm)和約1毫米(mm)之間的厚度。在一些實(shí)施例中，含鐵材料62包括基本純鐵(例如，純度大于90at.％的鐵)。在其它實(shí)施例中，含鐵材料62可以包括鐵氧化物(例如，fe2o3或fe3o4)。室60可以包括第一進(jìn)口64和第二進(jìn)口66。通過(guò)閥門70，第一進(jìn)口64可以流體連接至第一氣體源68。第一氣體源68可以包括酸或氯化物的源，如hcl。酸或氯化物可以與含鐵材料62反應(yīng)以形成含鐵蒸汽。例如，hcl可以與含鐵材料62反應(yīng)以形成氯化鐵(fecl3)，其可以被加熱以形成蒸汽。通過(guò)閥門74，第二進(jìn)口66可以流體連接至載氣源72。在一些實(shí)施例中，載氣源72可以包括基本惰性氣體源(例如，在系統(tǒng)50的操作期間，基本上不與在系統(tǒng)50中存在的其它元素和化合物的氣體反應(yīng))?；旧隙栊詺怏w可以包括例如稀有氣體，如氬氣。閥門32、70、和74可以用來(lái)控制進(jìn)入cvd室52的氣體和蒸汽的總流量，以及在流入cvd室52的氣體和蒸汽中載氣、含氮蒸汽、和含鐵蒸汽的相對(duì)比例。在一些實(shí)施例中，可以控制閥門32、70、和74以在流入cvd室52的氣體和蒸汽中產(chǎn)生為在約11.5:1(鐵:氮)和約5.65:1(鐵:氮)之間的鐵與氮的原子比。例如，在流入cvd室52的氣體和蒸汽中的鐵和氮原子之間的原子比可以是約9:1(鐵:氮)，約8:1(鐵:氮)，或約6.65:1(鐵:氮)。在一些實(shí)施例中，載氣的流速可以在約100sccm和約5,000sccm之間，含氮蒸汽的流速可以在約10sccm和約1,000sccm，并且酸或氯化物的流速可以在約10sccm和約1,000sccm之間。流速如這些流速，能夠?qū)е录s100μm/h和約1,000μm/h之間的涂層生長(zhǎng)速率。在一些實(shí)施例中，根據(jù)以下反應(yīng)，hcl可以與室60中的fe反應(yīng)：fe+hcl→fecl3+h2通過(guò)第一進(jìn)口56，fecl3和h2可以流入cvd室52，其中蒸汽可以與含氮蒸汽如nh3混合。在一些實(shí)施例中，根據(jù)以下反應(yīng)，含氮蒸汽和含鐵蒸汽可以反應(yīng)以沉積包括大約8:1的鐵與氮的比率的涂層18：16fecl3+2nh3+21h2→2fe8n+48hcl如上文相對(duì)于圖1的描述，在涂層18已形成到預(yù)定厚度以后，可以退火涂層18以將在涂層18中的至少一些鐵氮化物混合物轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢?fe16n2。退火工藝可以類似于或基本上相同于上文相對(duì)于圖1的描述。在其它實(shí)施例中，可以使用液相外延(lpe)在基底(例如，基底16)上形成涂層(例如，涂層18)。在lpe中，可以冷卻包括涂覆材料的溶液，以形成過(guò)飽和溶液。在溶液中涂覆材料在浸沒(méi)在溶液中的基底上沉積涂層。在一些實(shí)施例中，過(guò)飽和度可以是低的，使得lpe技術(shù)是近平衡過(guò)程。這可以產(chǎn)生具有高結(jié)晶質(zhì)量(例如，近乎完美的晶體結(jié)構(gòu))的涂層。另外，由于涂覆材料在溶液中的濃度遠(yuǎn)大于在蒸汽相技術(shù)中涂覆材料的濃度，所以涂層的生長(zhǎng)速率可以大于使用氣相技術(shù)生長(zhǎng)的涂層的生長(zhǎng)速率。圖6是示出了用于使用lpe在基底82上形成包括α″-fe16n2的涂層的示例性系統(tǒng)80的概念和示意圖。系統(tǒng)80包括其中含有涂覆溶液86的坩堝(crucible)82。系統(tǒng)80還包括rf感應(yīng)線圈84，其至少部分地包圍坩堝82。rf感應(yīng)線圈84可以電連接至rf源(在圖6中未示出)，其引起在rf處流經(jīng)rf感應(yīng)線圈84的交流電流。在一些實(shí)施例中，通過(guò)涂覆溶液86或通過(guò)坩堝82可以吸收由rf感應(yīng)線圈84生成的rf磁場(chǎng)，從而加熱涂覆溶液86。涂覆溶液86可以包括鐵在溶劑中的溶液。在一些實(shí)施例中，溶劑可以包括含氮化合物，如硝酸銨、尿素、酰胺或肼。在一些實(shí)施例中，可以在沉積溫度和壓力下用氮來(lái)過(guò)飽和溶劑。示例性酰胺包括碳酰二胺((nh2)2co；還稱為脲)、甲酰胺(上述式1)、苯甲酰胺(上述式2)、乙酰胺(上述式3)、和酸酰胺，但可以使用任何酰胺。在lpe技術(shù)期間通過(guò)涂覆溶液86經(jīng)歷的溫度下，可以將酰胺選擇為液體。涂覆溶液86還包括鐵源。在一些實(shí)施例中，鐵源可以包括含鐵化合物。在一些實(shí)施例中，鐵源包括液態(tài)鐵供體，如fecl3或fe(co)5。在其它實(shí)施例中，鐵源可以包括含鐵粉。在一些實(shí)施例中，含鐵粉可以包括基本上純鐵(例如，純度為大于90at.％的鐵)。在一些實(shí)施例中，含鐵粉可以包括鐵氧化物(例如，fe2o3或fe3o4)。在lpe過(guò)程中，可以加熱涂覆溶液86至高于圖7所示的液體-固體鐵-氮相圖的液相線溫度。例如，可以加熱溶劑到由在液體-固體鐵-氮相圖中點(diǎn)a表示的溫度。在一些實(shí)施例中，當(dāng)加熱到由點(diǎn)a表示的溫度時(shí)，溶劑可以不包括鐵源。然后可以將鐵源或含鐵材料溶解于溶劑中以形成飽和的含鐵材料的涂覆溶液86。這種溶液飽和溶液是由在液體-固體鐵-氮相圖上的點(diǎn)b表示。然后可以將基底16浸沒(méi)在涂覆溶液86中。然后可以將涂覆溶液86和基底16冷卻到由點(diǎn)c表示的溫度，其低于液相線。這引起涂覆溶液86的鐵材料過(guò)飽和，其驅(qū)動(dòng)lpe涂覆技術(shù)。在一些實(shí)施例中，在其下進(jìn)行l(wèi)pe涂覆技術(shù)的由點(diǎn)c表示的溫度可以是在約600℃和約800℃(雖然點(diǎn)c表示較高的溫度)之間。點(diǎn)c是在兩相域中，其提供在基底16的表面上沉淀鐵氮化物的驅(qū)動(dòng)力，直至達(dá)到沉淀結(jié)束的在液相線上的點(diǎn)d。在一些實(shí)施例中，可以控制鐵和氮在涂覆溶液86中的濃度以及在其下進(jìn)行l(wèi)pe涂覆技術(shù)的溫度，以提供鐵與氮的約11.5:1(鐵:氮)和約5.65:1(鐵:氮)之間的原子比。例如，在鐵和氮原子之間的原子比可以是約9:1(鐵:氮)、約8:1(鐵:氮)、或約6.65:1(鐵:氮)。在通過(guò)lpe來(lái)形成包括鐵和氮的涂層以后，可以從坩堝82除去基底16，以及可以在類似于或基本上相同于相對(duì)于圖1所描述的條件下退火涂層。退火可以促進(jìn)在涂層中α″-fe16n2的形成。由于α″-fe16n2具有高飽和磁化和磁各向異性常數(shù)。高飽和磁化和磁各向異性常數(shù)導(dǎo)致可以高于稀土磁鐵的磁能積。例如，收集自薄膜α″-fe16n2永磁鐵的實(shí)驗(yàn)證據(jù)示出了體形fe16n2永磁鐵(bulkfe6n2permanentmagnet)可以具有所期望的磁性能，包括高達(dá)約134兆高斯*奧斯特(mgoe)的磁能積，其是ndfeb(其具有約60mgoe的磁能積)的磁能積的約兩倍。另外，鐵和氮是豐富的元素，因而是相對(duì)便宜的和容易獲得的。α″-fe16n2磁鐵的高磁能積可以用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁性記錄介質(zhì)、和磁共振成像(mri)磁體、以及其它應(yīng)用。當(dāng)本文中針對(duì)物理性能，如分子量，或化學(xué)特性，如化學(xué)式，使用范圍時(shí)，旨在包括針對(duì)其中的具體實(shí)施例的范圍的所有組合和子組合。已描述了各種實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以對(duì)在本公開中描述的實(shí)施例進(jìn)行許多變化和修改，以及可以進(jìn)行這樣的變化和修改而不偏離本公開的精神。這些和其它實(shí)施例是在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本專利申請(qǐng)與2012年8月17日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)杙ct/us2012/051382；2014年2月6日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)杙ct/us2014/015104；以及2014年6月24日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)杙ct/us2014/043902相關(guān)。這些國(guó)際專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合于本文。條款1：一種方法，包括：加熱鐵源以形成包含含鐵化合物的蒸汽；在基底上由包含含鐵化合物的蒸汽沉積鐵和由包含含氮化合物的蒸汽沉積氮，以形成包含鐵和氮的層；以及退火包含鐵和氮的層，以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體。條款2：條款1的方法，其中鐵源包含固體鐵。條款3：條款1的方法，其中固體鐵包含鐵粉或鐵薄膜的至少一種。條款4：條款1的方法，其中鐵源包含固體鐵前體。條款5：條款4的方法，其中固體鐵前體包含fe2o3粉或fe2o4粉的至少一種。條款6：條款1的方法，其中鐵源包含液態(tài)鐵前體。條款7：條款6的方法，其中液態(tài)鐵前體包含fecl3或fe(co)5的至少一種。條款8：條款1至7中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)加熱脲以形成脲蒸汽來(lái)形成包含含氮化合物的蒸汽。條款9：條款1至7中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)加熱酰胺或肼的至少一種以形成包含氮的蒸汽來(lái)形成包含含氮化合物的蒸汽。條款10：條款1至7中任一項(xiàng)的方法，其中包含含氮化合物的蒸汽包含nh3蒸汽。條款11：條款1至7中任一項(xiàng)的方法，其中包含含氮化合物的蒸汽包含使用等離子體由雙原子氮形成的原子氮。條款12：條款1至11中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括加熱包含含鐵化合物的蒸汽以及包含含氮化合物的蒸汽，以分解包含含鐵化合物的蒸汽和包含含氮化合物的蒸汽，從而形成沉積在基底上的原子氮和原子鐵。條款13：條款1至11中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將基底加熱至高于包含含鐵化合物的蒸汽和包含含氮化合物的蒸汽的至少一種的分解溫度。條款14：條款1至13中任一項(xiàng)的方法，其中退火包含鐵和氮的層以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體包括在約100℃和約220℃之間的溫度下加熱該層約5小和至80小時(shí)之間。條款15：條款1至14中任一項(xiàng)的方法，其中基底包含硅、gaas、sic、ingaas、mgo、sio2、高溫聚合物、或玻璃的至少一種。條款16：一種方法，包括：將基底浸沒(méi)在包含含氮溶劑和鐵源的涂覆溶液中，其中在高于待沉積自涂覆溶液的鐵-氮混合物的液相線溫度的第一溫度下，涂覆溶液是鐵源飽和的；將涂覆溶液冷卻至第二溫度以形成過(guò)飽和涂覆溶液，其中第二溫度低于鐵-氮混合物的液相線溫度；將基底保持在過(guò)飽和涂覆溶液中以允許在基底上形成包含鐵和氮的涂層；以及退火包含鐵和氮的涂層以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體。條款17：條款16的方法，其中溶劑包含硝酸銨、酰胺、或肼的至少一種。條款18：條款16或17的方法，其中鐵源包含基本上純鐵、fecl3、fe(co)5、或鐵氧化物的至少一種。條款19：條款16至18中任一項(xiàng)的方法，其中第二溫度在約600℃和約800℃之間。條款20：條款16至19中任一項(xiàng)的方法，其中包含鐵和氮的涂層包含鐵與氮的約11.5:1(鐵:氮)和約5.65:1(鐵:氮)之間的原子比。條款21：條款16至19中任一項(xiàng)的方法，其中包含鐵和氮的涂層包含鐵與氮的約8:1(鐵:氮)的原子比。條款22：條款16至21中任一項(xiàng)的方法，其中退火包含鐵和氮的層以形成至少一些包含α″-fe16n2的晶體包括在約100℃和約220℃之間的溫度下加熱該層約5小時(shí)和80小時(shí)之間。條款23：條款16至22中任一項(xiàng)的方法，其中基底包含硅、gaas、sic、ingaas、mgo、sio2、高溫聚合物、或玻璃的至少一種。條款24：一種通過(guò)條款1至23中任一項(xiàng)的方法形成的制品。條款25：一種用于實(shí)施條款1至23中任一項(xiàng)的方法的系統(tǒng)。每個(gè)專利、專利申請(qǐng)、以及在本文件中引用或描述的出版物的全部公開內(nèi)容以引用方式結(jié)合于本文。當(dāng)前第1頁(yè)12