[发明专利]一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁薄膜技术领域，尤其涉及一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法，在磁性微电子机械系统（Mag-MEMS）中具有良好的应用前景。

背景技术

永磁块体材料已得到了很广泛的应用，但随着器械尺寸的降低，在微米和纳米器械中块体材料就不再适用，这时候就需要永磁薄膜。永磁薄膜在磁性微电子机械系统（MEMS）和磁记录等方面具有重要而广泛的应用前景。而其中磁性MEMS是永磁薄膜最重要的应用领域。MEMS是利用微电子技术和精密机械加工技术，集微电子与机械为一体的系统。它是新近发展起来的多学科交叉的、全新的研究领域，在航空、航天、汽车工业、医药、军事、通讯等高新技术领域具有非常广阔的应用前景。基于电磁相互作用的磁性MEMS开始并不被人们看好，但近几年的研究表明，因为尺寸的降低，与基于压电、静电相互作用的MEMS相比具有很大的优越性，如磁性MEMS作用力大，稳定性好，可实现远程控制，对使用环境要求低，能量转换效率高等优点。所以，对磁性MEMS的研究近年来受到人们很大的重视。制备磁性MEMS的关键材料是永磁薄膜。磁性MEMS一般需要较厚的永磁薄膜（500纳米～10微米）。

Nd-Fe-B和Sm-Co是非常重要，应用非常广泛的稀土永磁材料。Sm-Co永磁薄膜材料，虽然其常温下磁能积不如Nd-Fe-B高，但其具有很高的居里温度，在耐腐蚀性等方面也比Nd-Fe-B好，所以Sm-Co基永磁薄膜也有很重要的应用。

薄膜和基片间的附着力是衡量薄膜品质好坏的一个重要因素。附着力好的薄膜可靠性高，使用寿命也相对较长。而膜基之间的结合力较差会导致薄膜的稳定性差，薄膜容易脱落。因此改善薄膜的附着力对薄膜的应用至关重要。用于磁性MEMS的永磁薄膜通常采用Si材料做基片，这样易与集成电路相集成。在这里缓冲层的选择非常重要。缓冲层可以阻止膜材料和基片间的原子扩散，使薄膜保持原有成分和性能。缓冲层也会对薄膜的性能和质量有很大的影响。在薄膜制备和使用过程中，薄膜的温度会改变，有时需要高温退火，如果薄膜材料与基片材料的热膨胀系数、晶格配比相差较大，在薄膜中会产生较大应力，如果薄膜附着力不理想，严重者薄膜会直接从基片上脱落。在已研究的Sm-Co基永磁薄膜材料中，薄薄膜研究的较多，厚度一般在几纳米至几百纳米之间，而对于微米量级的薄膜研究的相对较少。对于较薄的薄膜人们一般采用铬做缓冲层，实验已证实用铬做缓冲层制备的Sm-Co基薄膜有较好的结合力。但对于厚度达到微米级的Sm-Co基薄膜，由于薄膜太厚，在基片升温过程中，热应力增加，对于用铬作缓冲层沉积在Si基片上的Sm-Co基薄膜，当基片温度升高到750°C或更高温度时，薄膜会出现脱落现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为微米量级，与基底材料间的附着力强，在750℃高温退火处理后仍然未脱离基底材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜，该基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间是缓冲层，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为0.1um～100um，该缓冲层是钨薄膜层，其厚度为10～200nm。

作为优选，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为1um～10um。

作为优选，该缓冲层厚度为20～100nm。

实验证实，用现有的铬薄膜层作为基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间的缓冲层时，当Sm-Co基永磁薄膜厚度达到微米量级时，其在基底材料表面的附着力降低，经过750℃退火处理后，该Sm-Co基永磁薄膜出现严重脱落现象。而本发明中，以钨薄膜层作为基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间的缓冲层，当Sm-Co基永磁薄膜厚度达到微米量级时，Sm-Co基永磁薄膜在基底材料表面的附着力仍然良好，经过750℃退火处理后，该Sm-Co基永磁薄膜质量也仍然良好，并未出现脱落现象。因此，本发明提供的具有钨缓冲层的微米量级Sm-Co基永磁薄膜具有更加广阔的应用前景，有效解决了微米量级Sm-Co基永磁薄膜与基底材料附着力差，高温处理易脱落的问题。

本发明还提供了一种上述具有钨缓冲层的微米量级Sm-Co基永磁薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：采用磁控溅射技术，以高纯钨靶为缓冲层靶材，在基底材料表面溅射沉积缓冲层；

步骤2：采用磁控溅射技术，以Sm-Co基复合材料为靶材，在缓冲层表面溅射沉积Sm-Co基永磁薄膜。

作为优选，该溅射沉积温度为25℃～400℃。

附图说明