[發明專利]一種磁控濺射制備巨大矯頑力Mn3Ga薄膜的方法

有效

• 申請號: 201910965497.3
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110735119B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 徐鋒;唐家軒;徐桂舟
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/58;H01F41/18;H01F41/22
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公布了一種磁控濺射制備巨大矯頑力Mn3Ga薄膜的方法，屬于非稀土永磁材料領域，其步驟為：將磁控濺射腔體真空抽至低于5×10?5 Pa；利用永磁靶頭與成品的Mn3Ga靶，使用直流電源的恒定功率模式功率固定為60W，通入Ar氣體氣壓為1.0 Pa條件下，在Si/SiO2襯底上濺射10 min得到300 nm的Mn3Ga薄膜；制備完成后直接在真空環境下進行退火，退火溫度為500 oC~600 oC，退火時間為20 min。本發明通過極為簡單的制備方法即可獲得具有巨大矯頑力、適中的飽和磁化強度以及成本低廉的非稀土永磁Mn3Ga薄膜，有助于推進非稀土永磁體的開發及利用。

技術領域

本發明屬于非稀土永磁材料領域，涉及非稀土永磁Mn₃Ga薄膜的制備方法，尤其涉及一種采用磁控濺射技術制備非稀土永磁材料的制備方法。

背景技術

具有較大矯頑力的永磁薄膜在納米機電系統等許多領域具有廣闊的應用前景。同時，伴隨著稀土永磁體在工業領域的廣泛應用，可應用于高溫環境的永磁體逐漸被大量需求。目前主流的永磁材料是釹鐵硼材料，但耐高溫性能不強，居里溫度很低(~320 ^oC-380^oC)，在高溫時會完全退磁失效。更重要的是，稀土資源是非常珍貴的，價格高昂且不可再生，因此，迫切需要新一代耐高溫非稀土永磁材料。

與主流的稀土永磁材料釹鐵硼相比，新型非稀土永磁材料具有以下優點：（1）價格低廉，相比于稀土材料，非稀土材料其中一個巨大的優勢就是在于價格十分低廉，便于工業化生產；（2）具有高的居里溫度，目前主流的稀土永磁體絕大多數會在高溫下完全退磁而失效，而新型的非稀土永磁具有較高的居里溫度，可以適用于高溫環境；（3）產量大，稀土元素珍惜，屬于不可再生資源，考慮到全球稀土資源的供應，會對今后的稀土永磁材料生產產生很大的影響。而非稀土永磁材料則沒用這樣的困境，依舊可以大量生產。

目前各國學者都在致力于減少稀土永磁材料中稀土的含量和大力發展非稀土永磁材料。其中Mn基類合金如Mn-Bi、Mn-Al、Mn-Ga等再一次成為研究的熱點。根據Mn-Ga合金的化學計量不同，Mn-Ga合金存在鐵磁性的L1₀結構、亞鐵磁的D0₂₂結構、反鐵磁的D0₁₉結構以及立方結構。而其中Mn₃Ga作為Mn-Ga合金中的一種，具有較大磁晶各向異性、較高的居里溫度等優點被認為是較有前景的非稀土永磁材料。但是由于Mn₃Ga薄膜目前的制備問題，不能制備出及表面光滑又具有巨大矯頑力的薄膜。

發明內容

本發明針對非稀土永磁Mn₃Ga薄膜無法同時具有表面光滑與巨大矯頑力的問題，提出了一種Mn₃Ga薄膜的制備方法，采用磁控濺射技術制備出矯頑力大的非稀土Mn₃Ga永磁薄膜。

本發明的技術方案如下：一種磁控濺射制備巨大矯頑力Mn₃Ga薄膜的方法，包括以下步驟：

1) 將磁控濺射腔體真空度抽至低于5×10^-5 Pa；

2) 在步驟1）的背底真空下，利用永磁靶頭與Mn₃Ga靶，使用直流電源的恒定功率模式，通入Ar氣體，使氣壓控制在1.0 Pa條件下，在襯底上濺射得到Mn₃Ga薄膜；

3) 將步驟2）中所得的Mn₃Ga薄膜在高真空環境下進行退火，空冷至60 ^oC以下取出樣品，獲得所述的巨大矯頑力Mn₃Ga薄膜。

進一步的，步驟2）中，使用直流電源的恒定功率模式，將功率固定為60 W。

進一步的，步驟2）中，在Si/SiO₂襯底上濺射10 min得到300 nm的Mn₃Ga薄膜。