[發明專利]一種具有正磁各向異性溫度系數的磁性薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410301158.2
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104064350A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 劉宜偉;李潤偉;王保敏;詹清峰
• 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;H01F10/26
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術領域

本發明涉及高頻電磁器件、微波器件、磁傳感器件中磁性薄膜的制備領域，尤其是涉及一種具有正磁各向異性溫度系數的磁性薄膜的制備方法。

背景技術

磁各向異性是磁性材料的一個基本參量，其大小決定了磁矩翻轉需要克服的能量勢壘。隨著自旋電子學的快速發展，磁性薄膜被廣泛的應用于磁存儲、磁傳感、微波器件中，對于信息科技的發展起著不可替代的作用。對于這些磁性薄膜器件，磁各向異性在其中發揮了重要的作用，比如：在磁存儲領域，隨著磁記錄密度的提高，每個磁記錄單元的尺寸在逐漸的縮小，為了克服熱擾動的影響就需要增加磁記錄單元的磁各向異性；在磁傳感器中，磁各向異性的大小直接決定了傳感器的靈敏度和線性工作區間；在微波器件中，磁各向異性的大小決定了共振頻率的大小，進而決定了器件的工作點和工作頻率范圍。

眾所周知，熱穩定性是上述磁性薄膜器件的基本參數，為了保證器件在一定的溫度范圍內能夠正常工作，器件必須具有良好的熱穩定性。然而，任何物理參量都有一定的溫度依賴特性，磁各向異性也不例外。一般來說，溫度的升高導致磁性薄膜的磁化強度下降，進而導致磁各向異性降低。此外，溫度的升高往往也會導致磁性薄膜矯頑力的降低。這種磁各向異性隨溫度的升高而下降的現象表明磁性薄膜具有負磁各向異性溫度系數。負磁各向異性溫度系數導致磁矩翻轉所需克服的能量勢壘降低、矯頑力降低等，不利于器件的熱穩定。

因此，如何通過結構或者制備方法的改進，得到磁各向異性隨溫度的升高而保持不變甚至提高的磁性薄膜，即該磁性薄膜具有正磁各向異性溫度系數，對磁性薄膜器件的熱穩定性具有重要的意義。

發明內容

本發明針對現有的制備方法得到的磁性薄膜往往具有負磁各向異性溫度系數的問題，旨在提供一種磁性薄膜的制備方法，利用該方法能夠得到具有正磁各向異性溫度系數的磁性薄膜，對于提高磁性薄膜器件的熱穩定性具有重要的意義。

為了實現上述技術目的，本發明人經過大量實驗探索后發現，當在襯底表面生長磁性薄膜時(該磁性薄膜具有磁致伸縮性能，包括正磁致伸縮性能與負磁致伸縮性能)，選用具有各向異性熱膨脹系數(包括正的熱膨脹系數與負的熱膨脹系數)的襯底，首先沿熱膨脹系數的絕對值較大的方向對該襯底施加一定的與熱膨脹方向相反的應變，即，當襯底具有正的熱膨脹系數時，沿著熱膨脹系數較大的方向對襯底施加一定的壓應變；當襯底具有負的熱膨脹系數時，沿著熱膨脹系數絕對值較大的方向對襯底施加張應變，在該應變保持條件下在襯底表面生長磁性薄膜，待磁性薄膜生長完畢后撤去該應變，則該磁性薄膜具體表現如下：

(1)磁性薄膜是正磁致伸縮材料，襯底具有正的熱膨脹系數

在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數較大的方向對襯底施加壓應變，薄膜生長結束后，撤去該壓應變，磁性薄膜承受來自襯底的張應變，其易磁化軸沿襯底熱膨脹系數較大的方向，相對應地，其難磁化軸垂直于襯底熱膨脹系數較大的方向，即沿著襯底熱膨脹系數較小的方向，如下表1所示；

當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，發現沿著易磁化軸方向(熱膨脹系數較大的方向)的剩磁與沿著難磁化軸方向(熱膨脹系數較小的方向)的剩磁的差值逐漸增加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現正磁各向異性溫度系數。

(2)磁性薄膜是正磁致伸縮材料，襯底具有負的熱膨脹系數

在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數絕對值較大的方向對襯底施加張應變，薄膜生長結束后，撤去該張應變，磁性薄膜承受來自襯底的壓應變，其易磁化軸沿襯底熱膨脹系數絕對值較小的方向，即垂直于襯底熱膨脹系數絕對值較大的方向，相對應地，其難磁化軸沿襯底熱膨脹系數絕對值較大的方向，如下表1所示；

當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，沿著易磁化軸方向(熱膨脹系數絕對值較小的方向)的剩磁與沿著難磁化軸方向(熱膨脹系數絕對值較大的方向)的剩磁的差值逐漸增加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現正磁各向異性溫度系數。

(3)磁性薄膜是負磁致伸縮材料，襯底具有正的熱膨脹系數

在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數較大的方向對襯底施加壓應變，薄膜生長結束后，撤去該壓應變，磁性薄膜承受來自襯底的張應變，其易磁化軸沿襯底熱膨脹系數較小的方向，即垂直于襯底熱膨脹系數較大的方向，相對應地，其難磁化軸沿襯底熱膨脹系數較大的方向，如下表1所示；