[發明專利]一種釤鈷基薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310397140.6
• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116555715A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 邱兆國;龔巖嵩;鄭昕銳;鄭志剛;曾德長
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/58;C23C14/14;C23C14/54
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發明公開了一種釤鈷基薄膜及其制備方法和應用，所述釤鈷基薄膜包括Sm_xCo_y組合靶層，所述Sm_xCo_y組合靶層的組成為Sm_xCo_y組合靶，其中x：y＝1:3～7；本發明通過協同調控靶材成分(Sm_xCo_y的原子比例和/或Cu摻雜)和沉積/熱處理溫度制備SmCo基薄膜，精確調控相組成并實現矯頑力和剩磁比的協同提升，獲得綜合磁性能更優異的SmCo₅基薄膜。

技術領域

本發明涉及薄膜材料技術領域，特別涉及一種釤鈷基薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

作為微機電系統(MEMS)中無源永磁場的穩定提供來源，SmCo基永磁薄膜憑借其超高的磁晶各向異性、小的臨界超順磁尺寸以及高的居里溫度被認為是MEMS在高溫、高真空等嚴苛環境下應用的理想永磁材料。為在有限尺寸下提供足夠強的局域磁場，SmCo永磁薄膜磁性能的提升成為了研究的關鍵目標。

SmCo二元化合物相組成復雜，且不同物相之間內稟磁學性能迥異，而在薄膜沉積過程中靶材濺射原子受到背散射效應的影響，導致薄膜的成分與靶材名義成分出現偏差，因此造成薄膜的相組成更為復雜且難以調控；另外由于沉積態的薄膜中非晶SmCo相占據主導，SmCo₅等硬磁晶化相形成需要一定的激活能，SmCo基薄膜需要采用額外的熱處理工藝才可獲得硬磁性能。然而SmCo₅硬磁相苛刻的晶化條件使得薄膜在晶化時常出現非硬磁性相伴隨生長的情況，例如，在晶化溫度較低或者加熱時間不足時，大尺寸非晶相的存在會造成硬磁相晶粒間完全脫耦合現象的發生，降低SmCo基薄膜的剩磁；在長時間或者高溫加熱后，SmCo₅又容易氧化分解，使得薄膜硬磁性能嚴重退化。作為決定SmCo永磁薄膜綜合磁性能的兩大關鍵磁參量，協同提升矯頑力和剩磁比往往是互相矛盾的，例如，當前一般采用的適量Fe元素摻雜雖能提升薄膜的飽和磁化強度和剩磁，但同時也導致薄膜矯頑力的降低；而Cu、Ti等過渡族元素的摻雜雖能提升SmCo₅的磁各向異性和矯頑力，但非磁性原子的過量引入也易造成磁矩降低和薄膜剩磁比的下降。因此，協同提升SmCo基薄膜的剩磁比和矯頑力需要同時考慮到薄膜成分和制備工藝調控兩方面的因素。

目前在成分調控方面更多是通過改變薄膜沉積參數及元素摻雜等手段實現，然而單純通過成分調控難以同步提升薄膜矯頑力和剩磁比；薄膜硬磁相晶化則一般通過高溫沉積或者高溫退火實現，但單純改變熱處理工藝參數又難以完全避免非硬磁性相的產生，無法實現薄膜相組成的精確調控。綜上所述，僅采用成分或溫度的單一調控手段無法實現SmCo₅基薄膜相組成調控及綜合磁性能的協同提升。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的上述技術問題之一。為此，本發明的目的在于提供一種釤鈷基薄膜，通過協同調控靶材成分(Sm_xCo_y的原子比例和/或Cu摻雜)和沉積/熱處理溫度制備SmCo基薄膜，精確調控相組成并實現矯頑力和剩磁比的協同提升，獲得綜合磁性能更優異的SmCo₅基薄膜。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

本發明的第一個方面，提出了一種釤鈷基薄膜，所述釤鈷基薄膜包括Sm_xCo_y組合靶層，所述Sm_xCo_y組合靶層的組成為Sm_xCo_y組合靶，其中x：y＝1:3～7。

在本發明的一些實施方式中，所述Sm_xCo_y組合靶層含有晶體結構。

在本發明的一些實施方式中，所述晶體結構包括SmCo₅、單質Co、Sm₂Co₁₇中的至少一種。