[发明专利]具有高膜基结合力的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，尤其涉及一种在高温热处理中具有高膜基结合力的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法，该Sm-Co基永磁薄膜能够在1000℃的高温热处理过程中保持良好的膜基结合力，并且不影响永磁薄膜磁性能，永磁薄膜主要适用于磁性微型机械和微型电机等领域。

背景技术

沉积在硅基体表面(例如硅基片)的Sm-Co基永磁薄膜由于其高的居里温度、良好的耐腐蚀性，在磁性微机电系统中有重要的应用。一般，该Sm-Co基永磁薄膜在基体表面沉积后为非晶状态，经过高温热处理后转变为晶态，从而获得一定的磁性能。

通常，随着Sm-Co基永磁薄膜厚度增加，膜基结合力逐渐减弱；另外，由于Sm-Co基永磁薄膜和基热膨胀系数不同，当Sm-Co基永磁薄膜的厚度增加时，在薄膜热处理过程中的应力也逐渐增加，从而导致薄膜容易从基体表面脱落，直接影响薄膜的应用。因此，目前实际使用的Sm-Co基永磁薄膜的厚度为微米量级。

由于Sm-Co基薄膜与基体材料，薄膜与基体之间的结合关系既可能仅仅是一种单纯的物理结合，也可能存在很强的化学键结合。物理结合包括范德华力结合和静电力结合。范德华力是由两种物质互相极化产生的，是一种短程力，当原子间的距离略有增大时，便迅速趋向于零。因此通过范德华力实现薄膜与基体的结合时，膜基结合力较差。静电力结合也存在结合力较小的问题。与物理结合相比，化学结合力较大，膜基结合效果好，但是需要在界面之间形成新的化合物。

为了提高膜基结合力，目前一种方法是在基体表面与Sm-Co基永磁薄膜之间设置缓冲层。例如，申请号为CN201210200142.3的中国专利申请提出在基体表面与微米量级的Sm-Co基永磁薄膜之间设置厚度为10nm～200nm的钨薄膜层作为缓冲层，能够提高该Sm-Co基永磁薄膜与基体间的附着力，使其在750℃高温退火处理后仍然未脱离基体。但是，实验验证当热处理温度进一步提高时，例如提高至800℃时，该Sm-Co基永磁薄膜将出现脱落现象，当提高至1000℃时，脱落现象已经十分严重。

另一方面，为了充分发挥Sm-Co基永磁薄膜的磁性能，往往需要较高的热处理温度。但是，正如上述所述，受膜基结合力的限制，目前的Sm-Co基永磁薄膜热处理温度往往局限在600℃～800℃范围，当超出此温度范围仅数十度就可能导致Sm-Co基永磁薄膜出现脱落现象。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述位于基体表面的Sm-Co基永磁薄膜在较高的热处理温度下容易从基体表面脱落的问题，提供一种Sm-Co基永磁薄膜，该薄膜与基体的结合力强，因而能够提高热处理温度，甚至当热处理温度高达1000℃时仍与基体结合完好，未出现脱落现象。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种具有高膜基结合力的Sm-Co基永磁薄膜，所述的Sm-Co基永磁薄膜位于基体表面，所述的基体与Sm-Co基永磁薄膜之间是缓冲层，该缓冲层是两层结构，一层是与位于基体表面的铜薄膜层或者鉬薄膜层，另一层是位于该铜薄膜层表面的钨(W)薄膜层。

所述的基体不限，包括硅片、Si/SiO₂基片、氧化铝基片等，作为优选，所述的基体是Si/SiO₂(100)基片，即表面带有SiO₂的Si(100)型基片。

作为优选，所述的Sm-Co基永磁薄膜厚度为0.1um～100um，进一步优选为0.5um～50um，更优选为1um～10um。

作为优选，所述的铜薄膜层厚度或者Mo鉬薄膜层厚度为5nm～100nm，进一步优选为10nm～50nm；

作为优选，所述的钨薄膜层厚度为30nm～500nm，进一步优选为100nm～300nm。

本发明还提供了一种上述具有高膜基结合力的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，以铜靶为缓冲层靶材，在基底材料表面溅射沉积铜薄膜层，然后以钨靶为缓冲层靶材，在铜薄膜层表面溅射沉积钨薄膜层；

步骤2：采用磁控溅射技术，以Sm-Co基复合材料为靶材，在钨薄膜层表面溅射沉积Sm-Co基永磁薄膜；

步骤3：将步骤2处理后的Sm-Co基永磁薄膜进行热处理。

上述制备方法中，步骤3的热处理温度达到900℃以上。

作为优选，上述制备方法中步骤3的热处理时间为5min～120min。