[发明专利]制备宽频带吸波磁性多层膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基底材料上制备出宽频段吸波层的方法。

背景技术

无线通讯设备的普遍使用引起了越来越严重的电磁污染，导致高频电磁屏蔽材料引起了人们的广泛关注。从目前的研究结果来看，高频磁性薄膜材料在高频具有非常优异的电磁损耗效果，其电磁波吸收机制是磁矩的自然共振。而为了实现在较宽频率范围内对微波的吸收，从理论上讲有两种思路，一是采用单层吸收体，增大磁矩共振的阻尼因子展宽自然共振的吸收频率。但是从技术上讲，单纯控制阻尼因子是困难的，而且过大的阻尼也会降低吸收层的吸收效果。另一种比较可行的方法是采用多层膜的思路，调制每一层磁性薄膜的共振吸收频率然后叠加具有不同共振吸收频率的信号，从而实现宽频带强效吸收电磁波的目的。这就要求首先要从技术上实现在位调整单层磁性膜的共振吸收频率，然后采用适当的工艺将具有不同共振吸收频率的磁性膜集成到一起。

然而就单层磁性膜而言，在位调整它的共振吸收频率就是非常困难的。主要有以下两个难点：通常制备高频软磁薄膜都需要采用后处理方法诱导面内单轴各向异性，然而考虑到要将具有不同共振吸收频率的磁性薄膜集成到一起，就需要在不使用任何后期处理方法的情况下直接制备得到具有面内单轴各向异性的磁性薄膜。因为一旦采用任何的后处理方法，就会对所有的磁性层产生影响，从而不能保证每一层磁性膜具有不同的共振吸收频率。其次，从国内外目前报道的研究结果来看，除非选择不同成分的磁性薄膜材料，并不能较好地实现对同一磁性薄膜材料共振吸收频率的调整。如果简单地利用不同的磁性材料作为宽频吸波多层膜中的磁介质，这必然会进一步增加制备工艺上的困难和成本。尤其是当薄膜层数较多时，采用这种思路是不切实际的。所以，能够在位制备同种成分但是共振吸收频率可调的磁性薄膜，是实现宽频带吸波多层膜的关键技术前提。

从目前对多层磁性膜的研究结果来看，多层磁性膜之间存在相互作用。这种作用会使相邻磁性层之间发生耦合，从而影响每一层磁性膜的磁性。如果在相邻磁性层中间加入非磁性层，就会影响这种耦合作用。研究发现，随着非磁性层厚度的增加，相邻铁磁层会出现从平行排列到反平行排列，再到平行排列的变化，而且耦合强度也会降低。然而，对于宽频带吸波多层膜，我们并不希望出现相邻磁性层发生耦合，因为这种作用会直接影响每一层磁性膜的高频性质。所以，相邻铁磁层中非磁性层的厚度要足够厚。然而，采用过厚的非磁性层对于实现宽频带吸波多层膜也是不利的。首先采用过厚的非磁性层会使得总体多层膜的厚度增加，从而会导致电磁波在多层膜中传播的时候引起趋肤效应，达不到最佳的电磁波吸收效果。另一方面，采用过厚的非磁性层是对材料的一种浪费，它必然会带来成本的提高。所以，探索一个适当的非磁性膜的厚度，在此厚度下既可以使得相邻铁磁层不发生耦合，同时又可以减少材料的浪费，对于实现宽频带吸波多层膜的制备是非常重要的。

更大的问题是现有技术中尚未有公开过任何一种有实际应用价值的可形成多层具有宽频吸收电磁波的多层膜的技术。

发明内容

本发明提供一种可以解决现有技术尚不能解决的，能有效地在基底材料上形成多层具有宽频带吸收电磁波的多层膜的技术。

本发明利用现有的射频磁控溅射方法及设备，实现在制备过程中一次性完成，无须后处理和任何人为诱导，制备出宽频带吸波多层膜的方法。

本发明制备宽频带吸波磁性膜的方法是：首先在基底材料上采用真空溅射法生成截止频率为f₁的第一磁性材料层，再在第一磁性材料层上生成第一隔离层，然后再第一隔离层上溅射生成截止频率为f₂的第二磁性材料层，再在第二磁性材料层上生成第二隔离层，如此重复前述过程，在基底上形成由隔离层相隔的由不同截止频率的磁性材料层构成的n层磁性材料薄膜，n的数值由设计事先确定。其中的隔离层可用通常的物理成膜技术生成，隔离层可以是金属材料的，也可以是非金属材料的，但要求必须是非磁性物质，非磁性材料隔离层的层厚为30～50纳米。

本发明制备宽频带吸波磁性膜的方法中，在基底材料上形成磁性材料层的方法是在溅射磁性金属靶材的同时还在基底材料上溅射少许非磁性金属材料，其中溅射到基片上的非磁性金属与溅射的磁性金属之原子百分比为3～20；通过改变靶中心到基片中心的连线与靶法线的夹角α，以得到不同截止频率的磁性薄膜层；控制各层磁性金属材料层的相对厚度实现不同磁性金属材料层吸收性能的相对大小。