阅读说明：本技术 一种磁致伸缩薄膜及其制备方法 (Magnetostrictive film and preparation method thereof ) 是由 朱婧 门阔 连紫薇 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁致伸缩薄膜及其制备方法,所述薄膜是沉积在单面抛光单晶硅基片上的FeGaB非晶薄膜,厚度400-800nm；所述制备方法包括：清洗单面抛光单晶硅基片；在基片上采用磁控溅射法通过共溅射沉积FeGaB薄膜。本发明制备的磁致伸缩薄膜具有软磁性能好、饱和场低、磁致伸缩系数高等优点。本发明可用于制备小型化、兆赫兹条件下磁电耦合系数高、综合性能优异的磁电复合薄膜。(The invention discloses a magnetostrictive film and a preparation method thereof, wherein the film is a FeGaB amorphous film deposited on a single-side polished monocrystalline silicon substrate, and the thickness of the film is 400-800 nm; the preparation method comprises the following steps: cleaning a single-side polished single crystal silicon substrate; and depositing the FeGaB film on the substrate by co-sputtering by adopting a magnetron sputtering method. The magnetostrictive film prepared by the method has the advantages of good soft magnetic performance, low saturation field, high magnetostrictive coefficient and the like. The invention can be used for preparing the magnetoelectric composite film with miniaturization, high magnetoelectric coupling coefficient under the megahertz condition and excellent comprehensive performance.)

一种磁致伸缩薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，特别涉及一种磁致伸缩薄膜及其制备方法。

背景技术

磁电复合材料由于具有高的居里温度、高灵敏度和优良的磁机电耦合性能，结构简单，成本低等优点而受到研究者的重视。其中，磁性材料层应具有高饱和磁致伸缩常数和低饱和场的特性。目前，可以通过物理气相沉积的方法，在室温下沉积高质量的金属软磁薄膜，其成本低，易于集成到不同的集成电路中。然而，具有大饱和磁致伸缩常数和低饱和场的金属磁性薄膜并不容易获得。在磁致伸缩层的选择上，Terfenol-D(具有Laves相结构的TbDyFe)具有很大磁致伸缩系数，但Terfenol-D基磁电复合材料由于其相对较低的磁导率和高饱和磁场并不适合于低场中的应用；非晶FeBSiC合金具有高达40000的磁导率，但其磁致伸缩系数相对较小；相比FeBSiC和Terfenol-D两种材料，FeGaB材料兼备了二者的优势，FeGaB薄膜低磁场响应性能好于Terfenol-D薄膜，并且拥有比FeBSiC薄膜更大的磁致伸缩系数。更重要的是FeGaB/AlN这两种材料的匹配程度较高。但B含量不同时，会对薄膜形成造成明显影响，因此需要对薄膜成分进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁致伸缩薄膜，其具有软磁性能好、饱和场低、磁致伸缩系数高的性能。

本发明的另一目的在于提供一种磁致伸缩薄膜的制备方法，可用于制备小型化、兆赫兹条件下磁电耦合系数高、综合性能优异的磁电复合薄膜。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁致伸缩薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单面抛光单晶硅清洗干净后放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；

(2)将需要溅射的FeGa靶材和B靶材安置在靶材座上；

(3)硅片溅射沉积时，FeGa靶选择直流电源溅射，B靶采用射频电源溅射，二者共溅射达到所需的厚度。

进一步，步骤(1)中，单面抛光的单晶硅用酒精和丙酮分别超声清洗15～30分钟，然后用电吹风吹干。

进一步，步骤步骤(3)中，所述溅射沉积在惰性气氛中进行。

进一步，步骤(3)中，FeGa靶选择直流电源功率为60W，B靶选择射频电源功率为60W，薄膜沉积速率为每分钟13nm，溅射时间为30-60min。工作气压为1Pa。

上述方法制备的一种磁致伸缩薄膜，其是沉积在单面抛光单晶硅基片上的FeGaB非晶薄膜，所述FeGaB薄膜是采用FeGa靶和B靶共溅射形成，厚度400-800nm。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用磁控溅射技术，通过在单晶硅基底上沉积FeGaB薄膜，使其具有软磁性能好、饱和场低、磁致伸缩系数高等优点。本发明方法操作简单，成本较低，易于在工业上实现和推广。

附图说明

图1为本发明制备的400nm厚薄膜VSM曲线。

图2为本发明制备的800nm厚薄膜VSM曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

实施例1

本实施例中磁致伸缩薄膜的制备过程为：

1)用金刚石刀片将单面抛光的单晶硅片切割成载物台尺寸大小，然后用无水酒精和丙酮分别超声清洗15min，经电吹风吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基片台上。

2)将靶材安置在靶材座上，铁镓靶材与直流电源连接，硼靶材与射频电源连接。靶材安置完毕后，关闭溅射舱门，开冷却机，先用机械泵预抽真空，当真空度达到10^-1mba时打开分子泵。

3)当本底真空度达到5.4×10^-7mba时，打开气瓶阀门，调节流量，调节基底温度，打开电源，调节功率，溅射。

4)FeGaB薄膜沉积工艺参数：保护气体为氩气，工作气压1Pa，气体流量20sccm，直流电源功率60W，射频电源功率同为60W，附加基片台旋转。在此参数下，沉积速率约为每分钟13nm，沉积速率在镀膜前精确获得。沉积30min。关闭电源。

5)经测试，薄膜成分为Fe₇₆Ga₈B₁₆，厚度为400nm。

6)图1为薄膜的VSM曲线。可见在该实施例参数下镀制的FeGaB薄膜软磁性能好，饱和磁场低。

7)经测试，本薄膜的磁致伸缩系数可达130ppm。

实施例2

本实施例中磁致伸缩薄膜的制备过程为：

1)用金刚石刀片将单面抛光的单晶硅片切割成载物台尺寸大小，然后用无水酒精和丙酮分别超声清洗15min，经电吹风吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基片台上。

2)将靶材安置在靶材座上，铁镓靶材与直流电源连接，硼靶材与射频电源连接。靶材安置完毕后，关闭溅射舱门，开冷却机，先用机械泵预抽真空，当真空度达到10^-1mba时打开分子泵。

3)当本底真空度达到5.4×10^-7mba时，打开气瓶阀门，调节流量，调节基底温度，打开电源，调节功率，溅射。

4)FeGaB薄膜沉积工艺参数：保护气体为氩气，工作气压1Pa，气体流量20sccm，直流电源功率60W，射频电源功率同为60W，附加基片台旋转。在此参数下，沉积速率约为每分钟13nm，沉积速率在镀膜前精确获得。沉积60min。关闭电源。

5)经测试，薄膜成分为Fe₇₆Ga₈B₁₆，厚度为800nm。

6)图2为薄膜的VSM曲线。可见在该实施例参数下镀制的FeGaB薄膜软磁性能好，饱和磁场低。

7)经测试，本薄膜的磁致伸缩系数可达160ppm。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。