[發明專利]一種Cu摻雜Fe?N軟磁薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610279081.2
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105761878B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 陳瑾梅;張旭海;董巖;何美平;陳龍;楊星梅;莫丹;曾宇喬;蔣建清
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01F10/18
• 分類號: H01F10/18;H01F1/34;H01F41/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張華蒙

技術領域

本發明屬于軟磁薄膜技術領域，具體涉及一種Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜及其制備方法。

背景技術

當今社會，電子信息技術的不斷發展，使得電子元器件要求向高頻化、集成化方向發展，這就對電子元器件的核心材料—軟磁材料提出了更高的要求。軟磁材料的定義是矯頑力≤8kA/m(即矯頑力≤10Oe)的磁性材料。目前，高磁導率、高飽和磁化強度、低矯頑力、高穩定性是軟磁材料的主要追求方向。

鐵氮化合物早期由于優良的耐腐蝕和耐磨性能而受到廣泛關注。在隨后的研究中，發現Fe-N相具有多種結構：α″-Fe₁₆N₂、γ′-Fe₄N、ε-Fe₃N、ζ-Fe₂N等；其中，α″-Fe₁₆N₂、γ′-Fe₄N相具有高的飽和磁化強度，因為一定量的氮原子進入α-Fe晶格形成固溶體，使得其晶格膨脹，導致平均原子磁矩增大，提高飽和磁化強度；這使得其成為高密度磁記錄材料的理想候選材料之一。但是，氮原子的固溶導致Fe的晶格參數變大，使其矯頑力增大；另外，Fe-N材料結構豐富，不同相結構之間可以發生轉換，其熱穩定性較差，尤其是Fe₁₆N₂相在200-300℃范圍內就會發生分解，導致其磁學性能下降。所以在提高FeN薄膜飽和磁化強度的同時，其矯頑力和熱穩定性需要進一步提高。鑒于此，本發明通過Cu摻雜有效促進了Fe-N矯頑力的降低和熱穩定性的提高。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜，解決大多數F-N系軟磁薄膜存在的降低矯頑力與提高飽和磁化強度不能兼得以及磁學性能的熱穩定性差的缺點；本發明的另一目的在于提供該軟磁薄膜的制備方法。

一種Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜，其化學通式如下式(I)：

(Fe_100-yN_y)_100-xCu_x(I)；

其中，y＝25～40，x＝9～18。

該Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜的矯頑力≤10Oe，飽和磁化強度≥1200emu/cc。

所述的Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜的制備方法，包括如下步驟：

1)用丙酮、酒精超聲清洗襯底材料，用氮氣吹干得到樣品，將樣品裝入樣品托，確認牢固后，裝入濺射室；

2)將濺射室真空度抽至10^-5Pa，按照流量比Ar：N₂＝30:(0.25～1.25)的比例向濺射室通入Ar和N₂的混合氣體；

3)打開射頻電源和直流電源，控制Fe靶射頻濺射功率為100-200W，直流濺射功率為30-60W，起輝；

4)確定輝光穩定后，調節工作氣壓為0.5Pa，預濺射5～10min，去除靶材表面的雜質，露出新鮮的靶材表面；

5)預濺射結束后，控制樣品托的公轉，將樣品從非濺射區移動到Fe靶的正上方，進行薄膜沉積；施加偏壓0～-50V，濺射時間為5～10min，獲得Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜。

步驟1)中，Fe靶和Cu靶在濺射室內部均是直立放置，Cu原子利用散射的方式進行摻雜。

步驟1)中，樣品以15r/min的速度進行自轉。

步驟1)中，Fe靶置于樣品正上方，Cu靶置于樣品右側上方。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)采用反應磁控濺射方法制備出Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜，制備工藝簡單，成分控制容易，是工業化生產薄膜的基本工藝方法；

2)銅元素來源廣泛，成本低，且產物環保無污染；

3)可以獲得低矯頑力(≤10O e)、高飽和磁化強度較高(≥1200emu/cc)的軟磁薄膜，且磁性在0-600℃溫度范圍內均穩定。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明。

一種Cu摻雜Fe-N軟磁薄膜，其化學通式為(Fe_100-yN_y)_100-xCu_x，其中y＝25～40，x＝9～18。