[發(fā)明專利]一種磁電傳感器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910938037.1
• 申請(qǐng)日: 2019-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN110635023A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 門闊;朱婧;連紫薇;魏峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 有研工程技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01L41/08
• 分類號(hào): H01L41/08;H01L41/12;H01L41/18;H01L41/20;H01L41/47
• 代理公司: 11246 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳波

本發(fā)明公開了一種磁電傳感器及其制備方法。所述磁電傳感器包括磁電復(fù)合薄膜，該薄膜包括依次沉積于單面拋光單晶硅基片上的Ti/Pt電極層、AlN壓電層、Ta隔離層和FeGaB磁致伸縮層。所述薄膜的制備方法為：清洗單面拋光單晶硅基片；在基片上采用磁控濺射法依次沉積Ti薄膜、Pt薄膜、AlN薄膜、Ta薄膜、FeGaB薄膜。本發(fā)明的磁電傳感器是包括FeGaB和AlN的多層結(jié)構(gòu)薄膜，具有靈敏度高、磁機(jī)電耦合性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種FeGaB與AlN復(fù)合磁電傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

多鐵性材料在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、換能器、磁電傳感器等高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用，因此近年來得到科研工作者的廣泛關(guān)注。在諸多種類多鐵性材料中，磁致伸縮/壓電復(fù)合薄膜由于具有高的居里溫度、高靈敏度和優(yōu)良的磁機(jī)電耦合性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。

磁電復(fù)合薄膜是由磁致伸縮薄膜/壓電薄膜疊加而成，兩層分別發(fā)生磁-機(jī)械、機(jī)械-電能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力的有效傳遞并避免了磁致伸縮、壓電兩相之間的相反應(yīng)。然而，層疊磁電復(fù)合材料也存在一些缺點(diǎn)，如：難于小型化以制備微型器件、兆赫茲條件下磁電耦合系數(shù)較低等問題。因此，克服層疊磁電復(fù)合材料的上述缺點(diǎn)，并使其制備工藝盡可能與半導(dǎo)體工藝相兼容具有重要的工程意義。在以往的研究中，AlN材料本身具有壓電特性，又因AlN和Si具有較好的熱匹配度并且與MEMS加工工藝相兼容，越來越被人們所重視，尤其在1MHz-100MHz頻率范圍內(nèi)，其性能達(dá)到最佳，同時(shí)考慮到振動(dòng)疲勞等因素，AlN在該頻段的器件中有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在磁致伸縮層的選擇上，Terfenol-D(具有Laves相結(jié)構(gòu)的TbDyFe)具有很大磁致伸縮系數(shù)，但Terfenol-D基磁電復(fù)合材料由于其相對(duì)較低的磁導(dǎo)率和高飽和磁場(chǎng)并不適合于低場(chǎng)中的應(yīng)用；非晶FeBSiC合金具有高達(dá)40000的磁導(dǎo)率，但其磁致伸縮系數(shù)相對(duì)較??；相比FeBSiC和Terfenol-D兩種材料，F(xiàn)eGaB材料兼?zhèn)淞硕叩膬?yōu)勢(shì)，F(xiàn)eGaB薄膜低磁場(chǎng)響應(yīng)性能好于Terfenol-D薄膜，并且擁有比FeBSiC薄膜更大的磁致伸縮系數(shù)。更重要的是FeGaB/AlN這兩種材料的匹配程度較高。本發(fā)明制備了一種可以檢測(cè)微磁場(chǎng)的磁電傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種磁電傳感器，該傳感器在兆赫茲條件下磁電耦合系數(shù)高、靈敏度高。所述磁電傳感器包括復(fù)合磁電薄膜，所述薄膜包括依次沉積于單面拋光單晶硅基片上的Ti/Pt電極材料，AlN壓電材料，Ta隔離材料和FeGaB磁致伸縮材料。

一種所述磁電傳感器的制備方法，其中復(fù)合磁電薄膜的制備包括以下步驟：

(1)將單面拋光單晶硅基片用酒精和丙酮超聲清洗分別15-30min，然后用電吹風(fēng)吹干，清洗干凈后放入超高真空磁控濺射設(shè)備基片臺(tái)上，準(zhǔn)備鍍膜；

(2)在基片上采用磁控濺射法沉積Ti薄膜和Pt薄膜，其中，濺射靶材為Ti、Pt靶材，工作氣壓為0.1-0.4Pa，濺射功率為40-100W，保護(hù)氣體為惰性氣體；

(3)在Pt薄膜上采用磁控濺射法沉積AlN薄膜，其中，濺射靶材為Al靶材，并通入體積比為1:3的N2、Ar混合氣體，工作氣壓0.5-2Pa，濺射功率為40-160W，保護(hù)氣體為惰性氣體；

(4)在AlN薄膜上采用磁控濺射法沉積Ta薄膜，濺射靶材為Ta靶材，工作氣壓為0.1-0.4Pa，濺射功率為40-100W，保護(hù)氣體為惰性氣體；

(5)采用磁控濺射法在Ta薄膜上沉積FeGaB薄膜，濺射靶材為FeGa靶材和B靶材，濺射功率分別為60-80W和50-80W，濺射時(shí)間為30-120min。

在步驟(2)中，所述Ti靶的濺射時(shí)間為1-10min，Ti薄膜的厚度為5-30nm；Pt靶的濺射時(shí)間為1-15min，Pt薄膜的厚度為10-90nm。