一种巨磁阻抗薄膜材料及制备方法技术

一种巨磁阻抗薄膜材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。巨磁阻抗薄膜材料由衬底基片表面彼此相间的NiFe合金薄膜层和掺Cr的NiFe合金薄膜层形成多层薄膜体系，其中NiFe合金薄膜层Ni、Fe之间的质量比为(80～81)∶(19～20)；掺Cr的NiFe合金薄膜层Ni、Fe之间的质量比为(80～81)∶(19～20)，且掺杂元素Cr的质量占Ni、Fe和Cr质量总和的1％～8％；NiFe合金薄膜层和掺Cr的NiFe合金薄膜层厚度不超过200纳米、且数量级相当，整体厚度达到微米量级。本发明专利技术的巨磁阻抗薄膜材料采用具有不同饱和磁化强度的磁性层间隔而成，相比磁性层与非磁性层形式的错层薄膜材料体系，其饱和磁化强度更大，从而可获得更大的巨磁阻抗效应，为制备巨磁阻抗微传感器提供了一种性能更为优异的材料选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料
，涉及巨磁阻抗材料及其制备方法。
技术介绍
1992年，日本名古屋大学的毛利佳年雄等，首先在非晶Co7tl 5Fq5Si15Bltl丝中发现了巨磁阻抗效应，并引起了世界各国科学家的高度重视，世界各国纷纷投入研究。其后国际上研究最多的材料是磁致伸缩系数近为零的钴基非晶/纳米晶丝、带，其后发展到铁基非晶/纳米晶丝和薄带材料。随着现代信息技术的发展，电子元器件向微型化、集成化方向发展。与丝和带状材料相比较，薄膜材料更容易通过光刻等技术来实现器件的微型化，且与集成电路工艺相兼容，所以具有巨磁阻抗效应的材料研究迅速扩展到薄膜(包括单层薄膜和夹芯层薄膜)材料。对一个材料体系而言，要获得明显的巨磁阻抗效应，必须满足材料的软磁性能好(矫顽力小于10e)，在此基础上还要求(1)面内各向异性的取向好，且不能太大 (几个Oe左右)；(2)低电阻率(小于100 μ Ω . cm) ； (3)尽可能大的饱和磁化强度；(4)在器件许可的范围下，厚度尽可能大(微米级)，以降低工作频率，因为巨磁阻抗效应的最佳值出现在趋肤深度与薄膜厚度相当时，薄膜越厚，越容易在频率较低的趋肤深度与薄膜厚度相当，从而降低对传感器驱动与检测电路的需求。鉴于此，目前薄膜材料系统多选用软磁性能优异的坡莫合金(磁致伸缩系数为零的Ni81Fe19(at % )的薄膜体系)。但是对于坡莫(permalloy)合金薄膜存在一临界厚度，当薄膜的厚度超过临界厚度( 300nm，J. B. Youssefet al，Physics Review B69, 174402(2004))后，坡莫合金薄膜中的各向异性逐渐从面内转到面外，最后垂直于膜面，从而薄膜的矫顽力急剧增加(从0. IOe增加到几十Oe)，导致坡莫合金软磁性能恶化，在微米量级的坡莫合金薄膜材料观察不到巨磁阻抗效应。R. L. Sommer等(R. L. Sommer et al., Journal of Appllied Physics86，1057 (1999))采用坡莫合金与银 1( 构成多层薄膜系统，薄膜的总厚度达到微米，在30MHz观察到25%的阻抗变化，但是在他们的多层薄膜系统中由于非磁层——银(Ag)的加入，大大降低了薄膜系统的饱和磁化强度，如果能保证薄膜系统的饱和磁化强度不下降或下降量较少，并能制备微米厚的坡莫合金薄膜系统，有望获得大的巨磁阻抗效应。
技术实现思路
本专利技术提供，其材料能达到微米级厚，并保证具有良好的面内各向异性，显著提高巨磁阻抗效应并降低工作频率；其制备方法简单、易控，与常规薄膜制备工艺相兼容。本专利技术技术方案为一种巨磁阻抗薄膜材料，如图1、2所示，包括衬底基片1、多层NWe合金薄膜层2 和多层掺Cr的Nii^e合金薄膜层3 ；所述Nii^e合金薄膜层2和掺Cr的Nii^e合金薄膜层3 彼此相间地位于衬底基片表面，形成复合多层薄膜体系；衬底基片表面的第一合金薄膜层可以是Nii^e合金薄膜层2，也可以是掺Cr的Nii^e合金薄膜层3。所述Nii^e合金薄膜层2 和掺Cr的Nii^e合金薄膜层3厚度不超过200纳米、且数量级相当；彼此相间的Nii^e合金薄膜层2和掺Cr的NWe合金薄膜层3所形成的多层薄膜体系整体厚度达到微米量级。NWe 合金薄膜层2中，NiJe之间的质量比为(80 81) (19 20)；掺Cr的Nii^e合金薄膜层3中，NiJe之间的质量比为(80 81) (19 20)，且掺杂元素Cr的质量占NiJe和 Cr质量总和的1% 8%。本专利技术提供的巨磁阻抗薄膜材料对衬底基片1的材料没有特别的限定，只要衬底基片表面能够沉积NWe合金薄膜层2或掺Cr的NWe合金薄膜层3就行，包括各自种硅基半导体材料、陶瓷或玻璃介质材料、甚至是各种柔性有机介质材料都可以作为本专利技术提供的巨磁阻抗薄膜材料的衬底基片。上述巨磁阻抗薄膜材料的制备方法，包括以下步骤步骤1 在清洁衬底基片1上利用直流或磁控溅射工艺沉积NWe合金薄膜层2或掺Cr的Nii^e合金薄膜层3 ；步骤2 利用直流或磁控溅射工艺，在Nii^e合金薄膜层2表面沉积掺Cr的Nii^e合金薄膜层3，或在掺Cr的NWe合金薄膜层3表面沉积NWe合金薄膜层2 ；步骤3 重复步骤1和步骤2，直到衬底基片1上沉积的、彼此相间的Nii^e合金薄膜层2和掺Cr的NWe合金薄膜层3所形成的多层薄膜体系整体厚度达到微米量级级为止；所述直流或磁控溅射工艺条件为背底真空< 2X10_7mbar ；氩气工作气压 9X IO"4 9X 10_3mbar，以及沿基片表面施加50 5000e大小的外加磁场；射频溅射功率 20 200W ；所述Nii^e合金薄膜层2和掺Cr的Nii^e合金薄膜层3厚度不超过200纳米、且数量级相当；Nii^e合金薄膜层2中，NiJe之间的质量比为(80 81) (19 20)；所述掺 Cr的Nii^e合金薄膜层3中，Ni、Fe之间的质量比为(80 81) (19 20)，且掺杂元素 Cr的质量占Ni、!^e和Cr质量总和的1 % 8 %。本专利技术所提供的巨磁阻抗薄膜材料，由于间隔分布的掺Cr的NWe合金薄膜层3 的存在，降低了 NWe合金薄膜的饱和磁化强度，从而在两层薄膜间形成饱和磁化强度梯度，该饱和磁化强度梯度会在垂直于膜面的方向产生退磁场，退磁场的作用会使薄膜中的磁矩在薄膜面内分布，加上沉积薄膜时加有外磁场，这样多层薄膜体系统就会形成了具有良好取向的面内各向异性。再者在沉积每层薄膜时，都控制薄膜的厚度在临界厚度以下，这又能阻止各层薄膜的柱状生长，从而也能避免薄膜中形成面外各向异性。由于整个多层薄膜材料系统中，每层均采用的是磁性层，相比磁性层与非磁性层形式的错层薄膜材料体系， 其饱和磁化强度更大，从而可以获得更大的巨磁阻抗效应。本专利技术所述的巨磁阻抗薄膜材料为制备具有巨磁阻抗效应的微传感器提供了一种性能更为优异的材料选择。附图说明图1为本专利技术提供的一种巨磁阻抗薄膜材料结构示意图。图2为本专利技术提供的另一种巨磁阻抗薄膜材料结构示意图。其中，1表示衬底基片，2表示Nii^e合金薄膜层，3表示掺Cr的Nii^e合金薄膜层。具体实施例方式为了保证本专利技术所述的巨磁阻抗薄膜材料具有更大的饱和磁化强度以及良好的面内各向异性取向，需要优化各层厚度小于临界厚度(对于Nii^e合金薄膜系统取200nm)， 再有要发挥饱和磁化强度梯度的作用，需要保证NWe合金薄膜2及掺Cr的NWe合金薄膜 3的厚度相当(同一数量级)。具体实施方式一一种巨磁阻抗薄膜材料的制备方法，包括以下步骤步骤1 在清洁的硅衬底基片1上利用直流或磁控溅射工艺沉积NWe合金薄膜层 2 ；步骤2 利用直流或磁控溅射工艺，在Nii^e合金薄膜层2表面沉积掺Cr的Nii^e合金薄膜层3 ；步骤3 重复步骤1和步骤2，直到衬底基片1上沉积的、彼此相间的Nii^e合金薄膜层2和掺Cr的NWe合金薄膜层3所形成的多层薄膜体系整体厚度达到1微米；所述直流或磁控溅射工艺条件为背底真空< 2X10_7mbar ；氩气工作气压为 5 X 10_3mbar，以及沿基片表面施加IOOOe大小的外加磁场；射频溅射功率100W ；所述Nii^e合金薄膜层2和掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种巨磁阻抗薄膜材料，包括衬底基片（１）、多层ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）和多层掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）；所述ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）和掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）彼此相间地位于衬底基片表面，形成复合多层薄膜体系；衬底基片表面的第一合金薄膜层是ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）或掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）；所述ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）和掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）厚度不超过２００纳米、且数量级相当；彼此相间的ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）和掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）所形成的多层薄膜体系整体厚度达到微米量级；ＮｉＦｅ合金薄膜层（２）中，Ｎｉ、Ｆｅ之间的质量比为（８０～８１）∶（１９～２０）；掺Ｃｒ的ＮｉＦｅ合金薄膜层（３）中，Ｎｉ、Ｆｅ之间的质量比为（８０～８１）∶（１９～２０），且掺杂元素Ｃｒ的质量占Ｎｉ、Ｆｅ和Ｃｒ质量总和的１％～８％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟智勇，刘爽，张怀武，唐晓莉，苏桦，贾利军，白飞明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90