[實用新型]一種磁致伸縮薄膜靶材結構

有效

• 申請號: 202123024449.6
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN216514096U
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王建波;張智杰;吳新建;董亭亭;齊志強
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/14;H01F41/18
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤

本實用新型公開了一種磁致伸縮薄膜靶材結構，包括圓形鐵靶和設置在鐵靶上的同心刻蝕環，刻蝕環上沿徑向交替設置有鏑片和鋱片，鋱片和鏑片采用銦固定，鋱片與鏑片的表面積之和與鐵靶表面積之比為1:2α，其中α為相同濺射條件下鋱靶和鏑靶與鐵靶的濺射速率的比值；本實用新型可以快速估算得到鋱片和鏑片的尺寸、數量和擺放位置，方法簡單，操作便捷的調節薄膜中各成份的比例，制備出飽和場低、磁致伸縮系數高等性能優異的磁致伸縮薄膜。

技術領域

本實用新型屬于材料制備技術領域，特別涉及一種磁致伸縮薄膜靶材結構。

背景技術

磁致伸縮材料目前主要分為三大類:第一類磁致伸縮材料主要成分是金屬或者合金，如鎳基合金和鐵基合金等，通常電阻率低，延展性好；二是鐵氧體類磁致伸縮材料，如Ni-Zn鐵氧體，電阻率會比合金類的高。這兩類是發現較早的磁致伸縮材料，它們的磁致伸縮系數很小，在10^-5左右，所以一直沒有什么實際應用。直到20世紀70年代，科學家發現了第三類稀土類磁致伸縮材料：最出名的超磁致伸縮材料鋱鏑鐵合金，它的磁致伸縮系數可以達到10^-2，比傳統磁致伸縮材料高出2個數量級。

鋱鏑鐵合金（Tb_xDy_1-xFe₂，Terfenol-D）是一種超磁致伸縮材料，具有高的居里溫度、高飽和磁致伸縮常數、低飽和場、磁機耦合特性好，磁機轉換效率高、輸出的應力較大、負載的能力強、且響應速度快等優點而受到研究者的重視。由于Terfenol-D塊狀材料在使用中存在的渦流損耗高、力學性能差、外驅動磁場較高、價格也十分昂貴等問題。隨著現代工業的發展，磁致伸縮材料的小型化和薄膜化應用越來越廣泛，而且這種材料脆性大，加工成薄片狀十分困難，因此，直接制備Terfenol-D薄膜就顯得十分重要。

當前，制備Terfenol-D薄膜的方法有很多，廣泛采用的是物理氣相沉積法，如真空蒸發、分子束外延（MBE）和脈沖激光濺射（PLD）等方法，但由于其存在明顯缺點，不利于沉積較厚的Terfenol-D薄膜制備。真空蒸發制備的薄膜附著力小，易起皮等；MBE設備較為昂貴，且沉積速率小；PLD不能在較大面積上制備均勻薄膜，Terfenol-D薄膜的表面是很重要的，表面的均勻度影響著其輸出應力的大小，這會使薄膜在應用中磁致伸縮性能大大的降低。磁控濺射法可用于制備各種金屬、半導體、絕緣的氧化物、陶瓷等，制備各種多層膜結構材料也較為便利，它沉積速率穩定，便于控制，膜的附著力強，成膜硬而致密，在較低溫下就可獲得大而均勻的膜，可生產10nm以下的極薄膜，應用廣泛。

Terfenol-D薄膜的成分會影響Laves相的形成、居里溫度等，最終直接影響其磁致伸縮性能，因此在磁控濺射中合理的設計TbDyFe復合靶的分布是十分重要的。當前常用方法是按磁致伸縮材料的成分配備原料，并熔煉母合金鑄錠，然后將其融化制作合金靶材，如專利CN200810135513.8；CN201510221641.4；CN202010068362.X。這種方法一方面制備Terfenol-D薄膜雜質含量大，且Tb、Dy、Fe均為易氧化的材料，制備的薄膜磁致伸縮系數很難達到實驗需求；另一方面，即使濺射工藝條件一樣時，不同材料的濺射產額的也不盡相同，濺射速率隨原子序數的增大而增大（同一周期），即濺射制備的薄膜成分與靶材成分不一致。

此外，P.I.Williams等人采用在鐵板上等間距打孔，然后將Tb、Dy和Fe柱插入孔填充中做成復合靶，沉積薄膜的組成由填充物的表面積和靶材成份的濺射率決定的[P.I.Williams,D.G.Lord,andP.J.Grundy “Magnetostriction in polycrystallinesputterdepositedTbDyFefilms”Journal of Applied Physics 75.5257(1994)]。該方法忽略鐵板也會貢獻Fe原子，最終導致薄膜成分與需求相差較大，需要多次重復實驗驗證，工藝較復雜。

實用新型內容