一种高频磁芯用软磁复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高频磁芯用软磁复合膜，属于软磁薄膜技术领域，其化学组成为[(Ni

【技术实现步骤摘要】
一种高频磁芯用软磁复合膜及其制备方法
本专利技术涉及软磁薄膜
，尤其涉及一种高频磁芯用软磁复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着电子通信系统向着高频段、小型化、集成化的发展，相关电子元器件对其支撑材料也提出了新的要求。对于应用在高频领域的薄膜电感，它对磁芯材料有四方面的要求:1：薄膜磁芯需要具备高饱和磁化强度，这有利于提高起始磁导率，降低矫顽力；2：还需要适中的各向异性场，提高各向异性场有利于提高材料的截止频率，但是，过高的各向异性场也会导致起始磁导率降低，所以需要一个适中的值；3：另外，还需要高电阻率，这有利于降低涡流损耗。4：最后，薄膜的单轴各向异性方向应平行膜面，以利于增加薄膜电感的感值稳定性和抗直流偏置能力。而目前，公开文献中还没有能够同时满足上述要求的薄膜。比如，现有技术中，已经报道了各种磁性金属与氧化物组成的各类单层颗粒膜，如：FeCo-SiO2、NiFe-NZFO等材料，但是，仅仅是这些单层颗粒膜，并不能同时满足上述需求，比如涡流损耗较大、磁膜厚度超过200nm后的垂直各向异性较高。又比如，现有技术中报道了一种NiFe/Al2O3磁芯膜，但是，NiFe合金共振频率低，这导致了其高频(≥100MHz)损耗较大，品质因数小于2。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，就在于提供一种高频磁芯用软磁复合膜，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种高频磁芯用软磁复合膜，包括基片，所述基片上沉积有3-5个薄膜单元，所述基片可以是Si基片、GaN基片等等；所述薄膜单元由颗粒膜层和所述颗粒膜层之上的SiO2薄膜层组成；其结构如图1所示。所述颗粒膜层是由镍铁合金与SiO2复合而成，其化学组成为：(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y，其中，x＝35-60，y＝15-30。本专利技术的专利技术人通过大量试验，一方面采用合适的镍铁与二氧化硅复合，明显提高了材料的截止频率，另一方面，采用复合颗粒膜与二氧化硅叠层，相互协同，降低了磁膜的垂直各向异性和抑制涡流损耗。尤其是，本专利技术的复合膜，同时具备颗粒膜高截止频率(大于1GHZ)和多层膜结构降低垂直各向异性这两个特点。本专利技术的目的之二，在于提供一种上述的高频磁芯用软磁复合膜的制备方法，采用的技术方案为，包括以下步骤：1)制备溅射用SiO2-Ni100-xFex复合靶；2)清洗衬底基片，装入磁控溅射台；3)沉积第一层(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y颗粒膜；4)沉积第二层SiO2薄膜；5)重复3)与4)中的步骤，以制备[(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y/SiO2]单元；6)从磁控溅射台取出基片；7)退火，即得。作为优选的技术方案，其步骤为：1)溅射靶材采用高纯度的SiO2-Ni100-xFex复合靶结构，边长10mm、厚度0.5mm的SiO2片子用导电银胶对称的粘贴于2英寸Ni100-xFex靶的刻蚀轨道位置，SiO2片子数量为1-4，SiO2片子的数量越多，Ni100-xFe与SiO2的成分比越小，也可通过x值的大小调节镍铁合金靶材的磁性能，x为35-60，准备完毕后装入磁控溅射台阴极，如图4所示；2)用去离子水、丙酮、酒精超声清洗衬底基片，用氮气吹干得到样品，在环境温度：16-28℃；环境湿度：＜61％RH的条件下将样品装入样品托，送入磁控溅射台，沉积室中夹持基片的夹具两端需有永磁体，以提供平行于基片表面的磁场，用于在薄膜沉积中感生出面内单轴各向异性场；3)将溅射室真空度抽至5×10-5Pa，向溅射室通入Ar气，溅射气压调整到0.5-1Pa。打开射频电源，控制SiO2-Ni100-xFex复合靶的射频溅射功率为100-200W，起辉。待辉光稳定后，调节工作气压为0.15Pa-0.3Pa，预溅射1-5分钟，去除复合靶的表面杂质。预溅射完毕后，打开挡板，开始沉积第一层(Ni100-xFex)1-y(SiO2)y颗粒膜，溅射时间为5-30分钟，膜厚为150-250nm，溅射时基片不加热；4)当(Ni100-xFex)1-y(SiO2)y颗粒膜沉积完毕后，关闭挡板，射频电源，将溅射气压调整到1.5-2.5Pa，打开射频电源，控制SiO2靶的射频溅射功率为100-200W，起辉。待辉光稳定后，调节工作气压为1.5Pa-2Pa，预溅射1-5分钟，去除SiO2靶的表面杂质。预溅射完毕后，打开挡板，开始沉积第二层SiO2薄膜，溅射时间为1-5分钟，膜厚为15-25nm，溅射时基片不加热；5)重复3)与4)中的步骤3-5次以制备(Ni100-xFex)1-y(SiO2)y颗粒膜与SiO2薄膜组成的[(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y/SiO2]单元；6)溅射完毕后，关闭挡板，射频电源，Ar气阀，将基片由成膜室传出至预真空室，给预真空室充气，从磁控溅射台取出基片；7)用N2气清洁基片，放入坩埚，在压强低于5×10-4Pa的真空退火炉中进行150-350℃的高温退火处理，保温时间为15-30分钟，退火时所加的磁场大小为4000-6000Oe，方向和溅射时施加的沿薄膜表面的磁场方向一致，退火完毕后取出基片，即得。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的复合膜是应用于高频薄膜电感中的理想材料，其理由基于：1)具有优良的软磁性能：饱和磁化强度4πMs≥9000Gs、各向异性场Hk：40-80Oe，如图2所示；2)具有优良的高频性能：截止频率fr≥1GHz、磁导率实部(100MHz下)μr≥100，如图3所示；3)具有较高的电阻率：ρ≥4000μΩ·cm，这有利于降低高频下的涡流损耗；4)它的单轴各向异性方向平行膜面，这有利于增加薄膜电感的感值稳定性和抗直流偏置能力。附图说明图1为本专利技术的高频磁芯用软磁复合膜的结构示意图；图2为本专利技术的高频磁芯用软磁复合膜的M-H曲线；图3为本专利技术的高频磁芯用软磁复合膜的磁谱；图4为本专利技术的SiO2-Ni100-xFex复合靶示意图；图中，1、基片；2、(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y颗粒膜层；3、SiO2薄膜层。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1一种高频磁芯用软磁复合膜，其化学通式为：[(Ni45Fe55)80(SiO2)20/SiO2]3，其制备方法为，包括以下步骤：1)准备SiO2-Ni45Fe55溅射靶材，SiO2片子数量为3，溅射的衬底基片为Si基片，装片时的环境条件为温度：22℃，湿度：55％RH；2)溅射时SiO2-Ni45Fe55复合靶的射频溅射功率为150W，起辉气压为0.5Pa，工作气压为0.17Pa，预溅射时间为3分钟，溅射时间为20分钟，该条件下沉积出膜厚为200nm的(Ni45Fe55)80(S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频磁芯用软磁复合膜，包括基片，其特征在于：/n所述基片上沉积有3-5个薄膜单元，/n所述薄膜单元由颗粒膜层和所述颗粒膜层之上的SiO

【技术特征摘要】
1.一种高频磁芯用软磁复合膜，包括基片，其特征在于：
所述基片上沉积有3-5个薄膜单元，
所述薄膜单元由颗粒膜层和所述颗粒膜层之上的SiO2薄膜层组成；
所述颗粒膜层是由镍铁合金与SiO2复合而成，其化学组成为：(Ni100-xFex)100-y(SiO2)y，其中，x＝35-60，y＝15-30。


2.根据权利要求1所述的高频磁芯用软磁复合膜，其特征在于：
所述颗粒膜层的厚度为150-250nm，所述SiO2薄膜层的厚度为15-25nm。


3.权利要求1所述的高频磁芯用软磁复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备溅射用SiO2-Ni100-xFex复合靶；
2)清洗衬底基片，装入磁控溅射台；
3)沉积第一层(Ni100-xFex)100-y(SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭韦，张明，倪经，周俊，
申请(专利权)人：西南应用磁学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51