[发明专利]无诱导磁场下产生面内单轴磁各向异性的薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软磁薄膜材料，尤其是涉及一种可用于高频电磁器件的纳米晶或非晶软 磁薄膜及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展和电子产品需求量的日益增大，对磁性器件的微型化、高频化 和集成化又提出了进一步的要求。这些高频磁性器件的应用范围涉及记录磁头、垂直磁记录 媒质中的软磁底层、微电感、微变压器、电磁噪声消除器和高频磁传感器等。在上述磁性器 件中用作核心材料的软磁薄膜，除应具有小的矫顽力外，还应具有高的饱和磁化强度和适当 大小的面内单轴磁各向异性场以保证高的铁磁共振频率、高的磁导率和高的电阻率，以便尽 可能减少高频下的涡流损耗。此外，低的磁致伸缩系数、良好的热稳定性和集成化工艺兼容 性在某些具体情况下也是需要考虑的问题。

当软磁薄膜材料应用在高频器件时，要求磁导率对频率具有优良的响应特性。也就是要求 这些薄膜材料在高频下具有高的磁导率和高的铁磁共振频率。然而，高的磁导率和高的铁磁 共振频率一般很难同时获得，这是由于面内单轴磁各向异性场的增加会导致增大铁磁共振频 率，却导致磁导率的减小。反之，面内单轴磁各向异性场的降低会导致磁导率的增大，却导 致减小的铁磁共振频率(D.Spenato，A.Fessant，J.Gieraltowski，J.Loaec and H.Le Gall， “Theoretical and experimental approach of spin dynamics in in-plane anisotropic amorphous ferromagnetic thin films”，J.Appl.Phys，1993，26：1736-1740)。可见，一个适当大小的面内 单轴磁各向异性场的选择对软磁薄膜材料的开发起到至关重要的作用，它直接地影响着磁导 率对频率的响应特性。近年来，软磁性薄膜一般在比较低的温度(＜300℃)下制备，软磁薄 膜的面内单轴磁各向异性大都是通过施加在基片表面的磁场诱导而获得(N.X.Sun and S.X. Wang，“Soft high saturation magnetization(Fe_0.7Co_0.3)_1-xN_x thin films for inductive write heads”， IEEE Trans.Mag.2000，36：5；S.Ohnuma，H.Fujimori，T.Masumoto，X.Y.Xiong，D.H.Ping，and K.Hono，“FeCo-Zr-O nanogranular soft-magnetic thin films with a high magnetic flux density”， Appl.Phys.Letts.，2003，82：6；Yan Liu，C.Y.Tan，Z.W.Liu，and C.K.Ong，“FeCoSiN film with ordered FeCo nanoparticles embedded in a Si-rich matrix”，Appl.Phys.Letts.，2007，90：112506)， 该磁场是有固定在薄膜溅射沉积系统中磁石产生的。对于一些必须在高温的工艺条件下制备 的高频薄膜微器件，由于受到磁石的居里温度的限制，该制备方法在这些高频器件的应用中 受到了限制。而且，由于基片表面所施加的磁场是一定的，因此对于一定厚度的软磁薄膜由 诱导产生的面内单轴各向异性场也是一定的，这将不易于获得最佳大小的磁各向异性场，同 时也给软磁性薄膜工艺条件的优化带来技术上的障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种无诱导磁场下产生面内单轴磁各向异性的薄膜的制备方法。该 方法仅通过旋转基片来获得薄膜面内单轴磁各向异性，该方法适用于铁基、铁钴基纳米晶或 非晶软磁薄膜材料的制备。

本发明所述的无诱导磁场下产生面内单轴磁各向异性的薄膜的组成及其按原子百分比的 含量为：

磁性合金或磁性金属：92％～98％，非磁性金属：2％～8％。

薄膜具有纳米晶或非晶的微结构，薄膜的厚度最好为50～300nm。

本发明所述的无诱导磁场下产生面内单轴磁各向异性的薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将基片装入溅射室，安装上铁靶和非磁性金属靶，或铁钴合金(FeCo)靶和非磁性 金属靶；