一种钐钴基薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钐钴基薄膜及其制备方法和应用，所述钐钴基薄膜包括Sm

【技术实现步骤摘要】
一种钐钴基薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及薄膜材料
，特别涉及一种钐钴基薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为微机电系统(MEMS)中无源永磁场的稳定提供来源，SmCo基永磁薄膜凭借其超高的磁晶各向异性、小的临界超顺磁尺寸以及高的居里温度被认为是MEMS在高温、高真空等严苛环境下应用的理想永磁材料。为在有限尺寸下提供足够强的局域磁场，SmCo永磁薄膜磁性能的提升成为了研究的关键目标。
[0003]SmCo二元化合物相组成复杂，且不同物相之间内禀磁学性能迥异，而在薄膜沉积过程中靶材溅射原子受到背散射效应的影响，导致薄膜的成分与靶材名义成分出现偏差，因此造成薄膜的相组成更为复杂且难以调控；另外由于沉积态的薄膜中非晶SmCo相占据主导，SmCo5等硬磁晶化相形成需要一定的激活能，SmCo基薄膜需要采用额外的热处理工艺才可获得硬磁性能。然而SmCo5硬磁相苛刻的晶化条件使得薄膜在晶化时常出现非硬磁性相伴随生长的情况，例如，在晶化温度较低或者加热时间不足时，大尺寸非晶相的存在会造成硬磁相晶粒间完全脱耦合现象的发生，降低SmCo基薄膜的剩磁；在长时间或者高温加热后，SmCo5又容易氧化分解，使得薄膜硬磁性能严重退化。作为决定SmCo永磁薄膜综合磁性能的两大关键磁参量，协同提升矫顽力和剩磁比往往是互相矛盾的，例如，当前一般采用的适量Fe元素掺杂虽能提升薄膜的饱和磁化强度和剩磁，但同时也导致薄膜矫顽力的降低；而Cu、Ti等过渡族元素的掺杂虽能提升SmCo5的磁各向异性和矫顽力，但非磁性原子的过量引入也易造成磁矩降低和薄膜剩磁比的下降。因此，协同提升SmCo基薄膜的剩磁比和矫顽力需要同时考虑到薄膜成分和制备工艺调控两方面的因素。
[0004]目前在成分调控方面更多是通过改变薄膜沉积参数及元素掺杂等手段实现，然而单纯通过成分调控难以同步提升薄膜矫顽力和剩磁比；薄膜硬磁相晶化则一般通过高温沉积或者高温退火实现，但单纯改变热处理工艺参数又难以完全避免非硬磁性相的产生，无法实现薄膜相组成的精确调控。综上所述，仅采用成分或温度的单一调控手段无法实现SmCo5基薄膜相组成调控及综合磁性能的协同提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供一种钐钴基薄膜，通过协同调控靶材成分(Sm
x
Co
y
的原子比例和/或Cu掺杂)和沉积/热处理温度制备SmCo基薄膜，精确调控相组成并实现矫顽力和剩磁比的协同提升，获得综合磁性能更优异的SmCo5基薄膜。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术的第一个方面，提出了一种钐钴基薄膜，所述钐钴基薄膜包括Sm
x
Co
y
组合靶层，所述Sm
x
Co
y
组合靶层的组成为Sm
x
Co
y
组合靶，其中x：y＝1:3～7。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm
x
Co
y
组合靶层含有晶体结构。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述晶体结构包括SmCo5、单质Co、Sm2Co
17
中的至少一种。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm
x
Co
y
组合靶层的厚度为400～500nm。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm
x
Co
y
组合靶为圆形拼接靶。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm
x
Co
y
组合靶可以为Cu原子掺杂的Sm
x
Co
y
组合靶。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述Cu原子的掺杂量为3～5at.％。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述钐钴基薄膜还包括Cr缓冲底层和Cr保护顶层，由下至上依次层叠Cr缓冲底层、Sm
x
Co
y
组合靶层、Cr保护顶层。Cr缓冲底层的作用是防止Co原子与基底Si发生互扩散；Cr保护顶层的作用是防止SmCo组合靶的原子发生氧化。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述Cr缓冲底层的厚度为70～90nm。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述Cr保护顶层的厚度为70～90nm。
[0017]本专利技术的第二个方面，提出了所述的钐钴基薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0018]将Sm靶与Co靶贴合后，在基底层上沉积，退火，得钐钴基薄膜。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积的温度为25～400℃，所述沉积的时间为10
‑
30min，所述沉积的功率为80～100W，所述沉积的压力为0.3～1.0Pa。
[0020]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述沉积的温度为250℃。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述退火的真空度为5
×
10
‑4～8
×
10
‑4Pa，所述退火的温度为500～580℃，所述退火的时间为25～35min。
[0022]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述退火的温度为580℃，所述退火的时间为35min。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述Co靶为扇形靶，所述Sm靶为圆形靶。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述扇形靶的圆心角为15
°
～30
°
。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm靶中Sm原子与所述Co靶中Co原子的比值为1:1～5。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm靶中Sm原子与所述Co靶中Co原子的比值为1:4。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm靶的厚度为1～2mm。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述Sm靶的厚度为1mm。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述Co靶的厚度为1～2mm。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，所述Co靶的厚度为1mm。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，所述的钐钴基薄膜的制备方法还可以为如下步骤：
[0032]将Sm靶与Co靶贴合，再贴合Cu片后，在基底层上沉积，退火，得钐钴基薄膜。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，所述Cu片中的Cu原子与所述Co原子的比值为1:18～20。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述Cu片为扇形片。
[0035]在本专利技术的一些实施方式中，所述扇形片的圆心角为15
°
。
[0036]在本专利技术的一些实施方式中，所述基底层包括在Si基底上沉积形成的Cr缓冲底层。Cr缓冲底层的作用是防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钐钴基薄膜，其特征在于，包括Sm
x
Co
y
组合靶层，所述Sm
x
Co
y
组合靶层的组成为Sm
x
Co
y
组合靶，其中x：y＝1:3～7。2.根据权利要求1所述的钐钴基薄膜，其特征在于，所述Sm
x
Co
y
组合靶层含有晶体结构。3.根据权利要求2所述的钐钴基薄膜，其特征在于，所述晶体结构包括SmCo5、单质Co、Sm2Co
17
中的至少一种。4.根据权利要求1所述的钐钴基薄膜，其特征在于，所述Sm
x
Co
y
组合靶层的厚度为400～500nm。5.根据权利要求1所述的钐钴基薄膜，其特征在于，所述Sm
x
Co
y
组合靶可以为Cu原子掺杂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱兆国，龚岩嵩，郑昕锐，郑志刚，曾德长，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：