一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法技术

一种利用应力诱导提高软磁薄膜应用频率的制备方法，属于薄膜制备技术领域。包括：1)清洗柔性衬底；2)清洗后的柔性衬底放入高真空电子束蒸发系统，柔性衬底弯曲后固定在样品架上；3)抽真空，开始预熔料，电子枪的电流为30～40mA，电压为10kV，时间为4～5min；预熔料结束后，蒸镀速率为0.1～0.7nm/s，在弯曲的柔性衬底上沉积软磁薄膜。本发明专利技术制得的软磁薄膜，当柔性衬底由凹形(凸形)变为平整时，会在薄膜中引入张应力(压应力)，与未引入应力相比，由于磁致伸缩效应，软磁薄膜表现出明显的磁各向异性，使得薄膜的应用频率提高至1GHz以上，并同时保持较高的磁导率(μ

【技术实现步骤摘要】
一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜制备
，具体涉及一种利用应力诱导提高软磁薄膜应用频率的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，电子信息产业的发展仍是以传统的刚性器件为主，对于刚性电子器件，其加工设备、制作工艺等通过长时间的技术发展，已经趋于完善，生产的器件具有运行速度快、工作精确度高、稳定性强等优点。然而随着人类科技水平的不断发展，对电子器件的功能提出了新的要求，传统的以硅为衬底的刚性电子器件因为力学性能的局限性，在很多方面的应用尤其是新兴的柔性消费电子器件无法满足人类的需求。与刚性衬底上的电子器件相比，在柔性衬底上制造的电子器件由于其机械柔性、增强的耐用性和重量轻而被广泛认为具有巨大的应用潜力，并且在柔性材料上加工和集成的新一代电子器件，能够实现滤波、数字存储、传感等功能，是当前信息时代的重要保障。同时柔性材料具有独特的力学和光学特性，具有灵活、可拉伸、可弯曲的优势，因此柔性器件包括智能显示屏、可穿戴电子器件、柔性传感器、仿生机器人等必将使人们的生活发生革命式的变化。
[0003]柔性器件的稳定快速发展依赖于柔性衬底上的高性能材料。对于磁性材料，应用频率和磁导率与柔性器件的可靠性息息相关。若磁性薄膜以传统方法沉积在柔性衬底上，应用频率低于1GHz，限制了柔性器件在高频范围内的应用。目前针对在柔性衬底上沉积的软磁薄膜，C.A.Grimes(C.A.Grimes.Sputter deposition of magnetic thin films onto plastic:The effect of undercoat and spacer layer composition on the magnetic properties of multilayer permalloy thin films[J].IEEE transactions on magnetics,1995,31.6:4109
‑
4111.)将NiFe薄膜沉积在平整的聚酯塑料柔性衬底上，研究了柔性衬底与薄膜之间不同隔层对薄膜性能的影响，所得薄膜磁导率范围为400～2500，应用频率为100MHz左右。Z.W.Liu(Z.W.Liu,D.C.Zeng,R.V.Ramanujan,et al.Rigid and flexible Fe
–
Zr
–
N magnetic thin films for microwave absorber[J].Journal of Applied Physics,2010,107.9:09A505.)在柔性衬底上沉积FeZrN薄膜，薄膜的各向异性由外加磁场诱导，研究表明，柔性薄膜应用频率大于2GHz，磁导率<200。基于上述，目前在柔性衬底上沉积的软磁薄膜无法兼顾高磁导率和高应用频率的特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法。本专利技术基于高真空电子束蒸发系统，利用应力对M
s
取向的影响，调控薄膜的各向异性，进而调控薄膜的应用频率，得到了兼顾高应用频率、高磁导率和优异软磁性能的薄膜。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、清洗柔性衬底，晾干备用；
[0008]步骤2、将清洗后的柔性衬底放入高真空电子束蒸发系统，柔性衬底弯曲后固定在样品架上，弯曲后的柔性衬底形成的半圆形的半径为R；
[0009]步骤3、抽真空至1.3
×
10
‑4Pa～2.0
×
10
‑4Pa，开始预熔料，预熔料时，电子枪的电流设定为30mA～40mA，电压设定为10kV，预熔料时间为4min～5min；预熔料结束后，设定蒸镀速率为0.1～0.7nm/s，在弯曲的柔性衬底上沉积软磁薄膜。
[0010]进一步地，所述软磁薄膜为NiFe薄膜、FeCoN薄膜或FeCoB薄膜等。
[0011]进一步地，所述柔性衬底为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
[0012]进一步地，步骤2所述柔性衬底弯曲后呈半圆形，可以为凹形或凸形(即柔性衬底变平整后引入张应力或压应力)。
[0013]进一步地，步骤2所述半径R可以根据实际要求调节，具体为5～15mm。
[0014]进一步地，步骤3得到的软磁薄膜的厚度为50～150nm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016]本专利技术提供的一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，为磁性薄膜在柔性器件中应用提供可能。当柔性衬底由凹形(凸形)变为平整时，会在薄膜中引入张应力(压应力)，与未引入应力相比，由于磁致伸缩效应，软磁薄膜表现出明显的磁各向异性，使得薄膜的应用频率提高至1GHz以上，并同时保持较高的磁导率(μ
′
100MHz
>1000)。
附图说明
[0017]图1为本专利技术沉积薄膜采用的装置图；
[0018]图2为对比例与实施例4得到的NiFe薄膜沿面内易轴和难轴方向的磁化曲线；其中，(a)为对比例得到的NiFe薄膜的磁化曲线，(b)为实施例4得到的NiFe薄膜的磁化曲线(EA：易轴HA：难轴)；
[0019]图3为对比例与实施例4得到的NiFe薄膜沿面内易轴和难轴方向的磁滞回线；其中，(a)为对比例得到的NiFe薄膜的磁滞回线，(b)为实施例4得到的NiFe薄膜的磁滞回线(EA：易轴HA：难轴)；
[0020]图4为对比例与实施例4的磁谱曲线；其中，(a)为对比例得到的NiFe薄膜的磁谱曲线，(b)为实施例4得到的NiFe薄膜的磁谱曲线。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。
[0022]实施例1
[0023]一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，具体包括以下步骤：
[0024]步骤1、打开电子束蒸发系统总电源及各部分开关，依次开启水冷机、机械泵、分子泵、膜厚仪、电子枪，使设备预热；
[0025]步骤2、采用无水乙醇清洗聚酰亚胺柔性衬底，晾干备用；
[0026]步骤3、将NiFe合金靶材放入真空室内的水冷坩埚内，将清洗后的聚酰亚胺柔性衬底放入高真空电子束蒸发系统，柔性衬底弯曲后固定在样品架上，弯曲后的柔性衬底形成的半圆形的半径为6mm，为凹形；
[0027]步骤4、利用高真空电子束蒸发系统沉积薄膜，抽真空至1.3
×
10
‑4Pa，开始预熔料，预熔料时，电子枪的电流设定为40mA，电压设定为10kV，预熔料时间为4min；预熔料结束后，设定蒸镀速率为0.3nm/s，在弯曲的PI柔性衬底上沉积50nm厚的软磁薄膜；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应力诱导提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、清洗柔性衬底，晾干备用；步骤2、将清洗后的柔性衬底放入高真空电子束蒸发系统，柔性衬底弯曲后固定在样品架上，弯曲后的柔性衬底形成的半圆形的半径为R；步骤3、抽真空至1.3
×
10
‑4Pa～2.0
×
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‑4Pa，开始预熔料，预熔料时，电子枪的电流设定为30mA～40mA，电压设定为10kV，预熔料时间为4min～5min；预熔料结束后，设定蒸镀速率为0.1～0.7nm/s，在弯曲的柔性衬底上沉积软磁薄膜。2.根据权利要求1所述的应力诱导提高薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙科，张婧，何宗胜，邬传健，余忠，蒋晓娜，兰中文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：