[發明專利]一種單軸磁各向異性薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210134865.8
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102683003A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉宜偉;李潤偉;詹清峰;彭姍姍;謝亞麗;左正笏
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01F41/14
• 分類號: H01F41/14;H01F41/18;H01F10/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明涉及高頻電磁器件、磁傳感器件中磁性薄膜的制備領域，尤其是涉及一種單軸磁各向異性薄膜的制備方法。

背景技術

隨著磁性材料及制備技術的快速發展，磁性器件在信息技術、傳感領域起到越來越重要的作用，其應用范圍涉及到磁記錄頭、磁傳感器、磁路、微型電感器、變壓器、磁性微波器件等。對于這些磁性器件，其核心材料為磁性薄膜。當磁性器件應用到高頻領域時，人們需要磁薄膜具有小的矯頑力、高的飽和磁化強度、高的磁導率和鐵磁共振頻率。然而，高的磁導率和高的鐵磁共振頻率一般很難同時得到，它們都與磁性薄膜的面內單軸磁各向異性密切相關。磁導率隨著單軸磁各向異性的增加而減小；鐵磁共振頻率隨著單軸磁各向異性的增加而增加。因此，對于不同的應用領域，選擇一個大小合適的面內單軸磁各向異性，平衡好磁導率與鐵磁共振頻率之間的關系，對于獲得具有良好的頻率響應的磁性器件是十分重要的。

目前常用的獲得面內單軸磁各向異性的方法為磁場誘導法，即，在薄膜生長時提供一個在線的磁場誘導磁性薄膜得到面內的單軸磁各向異性。這種方法的缺點是：(1)施加的磁場往往是固定的，不利于獲得最佳的面內磁各向異性；(2)磁誘導的各向異性與誘導磁場之間的關系很難定量化；(3)對于需要高溫制備的鐵氧體材料來說，對誘導磁場裝置有更高的要求，比如，需要更高的居里溫度等，這也會大大增加設備的成本。此外，專利CN?101429646A公開了一種無誘導磁場下產生面內單軸磁各向異性薄膜的制備方法，該方法通過旋轉樣品獲得面內的單軸磁各向異性；該方法的制備比較簡單，但是可控性較差，尤其是當制備溫度變化時，很難預測面內單軸各向異性的變化情況。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述現有技術的不足，提供一種單軸磁各向異性薄膜的制備方法，利用該方法能夠實現面內單軸磁各向異性可控的薄膜。

本發明實現上述目的所采用的技術方案為：一種單軸磁各向異性薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將具有各向異性熱膨脹系數的襯底(如圖1所示，即襯底沿X方向與Y方向的熱膨脹系數不同)放置在加熱器上，所述的加熱器上安裝溫度傳感器；

步驟2：通過加熱器加熱襯底，利用溫度傳感器監控該加熱溫度并將其反饋至加熱器，使加熱器、溫度傳感器構成閉環反饋回路，加熱襯底至預設溫度；

步驟3：保持襯底溫度為預設溫度，利用磁控濺射或脈沖激光沉積的方法在熱膨脹后的襯底上均勻生長磁性薄膜；

步驟4：待磁性薄膜生長完畢，將襯底溫度降至室溫，即得到單軸磁各向異性薄膜。

上述技術方案中：

所述的襯底選用具有各向異性熱膨脹系數的襯底，即襯底沿X方向與Y方向的熱膨脹系數不同，該襯底包括但不限于單晶襯底、陶瓷襯底、金屬襯底、有機物襯底、塑料襯底、鐵電襯底等。

為了提高所沉積的磁性薄膜的均勻度，優選將所述的加熱器安裝在旋轉軸上，沉積磁性薄膜時，首先開啟旋轉軸轉動，帶動加熱器進行旋轉，從而使設置在加熱器上的襯底在旋轉中沉積磁性薄膜。作為進一步優選，通過外部固定件加強襯底與加熱器的摩擦，從而提高襯底與加熱器的旋轉一致性，例如可以選用但不限于螺釘與壓片結合的方式，即將壓片一端固定在加熱器上，壓片另一端輕壓襯底的某個部位，加強襯底與加熱器的摩擦轉動。

上述技術方案根據熱膨脹系數的實際情況，分以下兩種模式。

1、當熱膨脹系數為正值時

首先，在步驟2中，加熱襯底至預設溫度時，襯底沿著X方向與Y方向熱膨脹至一定位置；然后，在步驟3中，保持襯底溫度為預設溫度，利用磁控濺射或脈沖激光沉積的方法在熱膨脹后的襯底上均勻生長磁性薄膜；最后，在步驟4中待磁性薄膜生長完畢，將襯底溫度降至室溫，此時襯底沿著X方向與Y方向收縮至一定位置，由于襯底的熱膨脹是各向異性的，這樣在磁性薄膜中形成一定的應力分布，比如：X方向受到的壓應力最大，Y方向受到的壓應力最小，從而在磁性薄膜中得到易軸沿X方向的單軸磁各向異性薄膜；

2、當熱膨脹系數為負值時