[发明专利]一种铁薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，更具体地说，涉及一种铁薄膜的制备方法。

背景技术

自旋电子学是当前信息科学领域不可或缺的分支，自旋器件以电子的自旋作为信息载体，与传统的磁器件和微电子器件相比，具有更强的功能、更高的速度、更少的功耗和更高的集成度，在磁存储及量子计算等领域展现出广阔的应用前景。高效率的自旋源是自旋器件中的关键组成部分，通常由磁性金属及其合金以及氧化物薄膜构成。Fe是过渡族的磁性元素之一，其单质及很多合金及化合物都是性能良好的铁磁性材料，目前，Fe基自旋材料是人们研究的热点。

磁控溅射法在制备薄膜过程中具有高速、低温、低损伤及成膜致密等优点，并且制备的薄膜表面平整、成分均匀，因此，广泛用于多层膜磁电阻器件及磁电复合器件的研制。例如，用磁控溅射制备高质量铁膜，有助于多层膜磁电阻器件的集成及大规模生产，对基础性研究也起到一定的推动作用。

现有技术中，利用磁控溅射法制备铁薄膜时，靶材为高纯铁靶。采用高纯铁靶这一铁磁性溅射靶时，对溅射源的要求较高，需选用电磁型溅射源或磁性加强永磁型溅射源；此外，磁控溅射制备薄膜过程中，磁控靶表面被溅射的程度是不均匀的，被离子优先溅射的部分会提前耗尽，需要对磁控靶不定时更换，但是，由于高纯铁靶成本很高，所以工业化生产成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种铁薄膜的制备方法，该制备方法对溅射源的要求较低，且有利于降低工业成本。

本发明提供一种铁薄膜的制备方法，包括：

将衬底放入真空度为2×10^-5～1×10^-4Pa的磁控溅射仪的生长室内；

以Fe₂O₃陶瓷靶为溅射靶，向所述生长室中通入H₂和Ar的混合气体，在0.4～1Pa的压强、400～600℃的温度下在所述衬底上溅射铁薄膜，所述H₂和Ar的体积比为0.9～2∶10。

优选的，所述溅射铁薄膜时的压强为0.4～0.8Pa。

优选的，所述溅射铁薄膜时的压强为0.4～0.6Pa。

优选的，所述H₂和Ar的体积比为1.2～2∶10。

优选的，所述溅射铁薄膜时，所述磁控溅射仪的功率为60～130W。

优选的，所述溅射铁薄膜时的温度为450～600℃。

优选的，所述溅射铁薄膜时的时间为40～100分钟。

优选的，所述Fe₂O₃陶瓷靶按如下方法制备：

向Fe₂O₃粉体内滴入质量浓度为2～3％的聚乙烯醇，研磨造粒；

将造粒后得到的粉体放入模具，加压，得到Fe₂O₃块体；

将所述Fe₂O₃块体先升温至450～550℃，保温5～15小时，排胶后在850～1000℃下烧结，得到Fe₂O₃陶瓷靶。

优选的，还包括：

在所述衬底上溅射铁薄膜前，将衬底温度升至600～750℃，保温15～30分钟。

优选的，所述向所述生长室中通入H₂和Ar的混合气体的进气量为30～60毫升/分。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种铁薄膜的制备方法，该制备方法以Fe₂O₃陶瓷靶为溅射靶，利用磁控溅射沉积设备，用Ar与H₂的混合气体为溅射及还原气体，通过选择合适的H₂与Ar比例、沉积温度及生长室压力，制备了铁薄膜。由于Fe₂O₃靶材不是铁磁性材料，因此溅射源可以采用普通的永磁型溅射源，无需采用特殊的溅射源；同时，Fe₂O₃比单质铁更容易获得高纯度；此外，Fe₂O₃靶材的生产成本较低，有利于工业化生产。实验结果表明，本发明制备的铁薄膜结晶质量高，重复性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。