[发明专利]一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法

说明书

一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法，属于薄膜厚度分析检测技术领域。首先，对待测薄膜进行ARXPS测试；然后，采用单值分解法和调整法相结合，对Ni、Fe、Mn单质及其氧化物的参数进行拟合，如峰位、半峰宽等；根据角分辨XPS与表面层状结构分析的基本原理和测试方法，在一定误差范围内，得出约化厚度d/λ；最后，确定其非弹性散射平均自由程λ，进而得到氧化层厚度d。本发明方法简单，对设备要求不高，能非破坏性地测量极薄氧化层的厚度，并结合磁性能研究确定薄膜的钉扎临界厚度；同时，与现有方法相比，本发明方法的拟合标准偏差明显下降，标准偏差从现有技术10.25～22.76下降到1.05～4.59。

技术领域

本发明属于薄膜厚度分析检测技术领域，具体涉及一种基于角分辨XPS测量分析NiFe或FeMn金属纳米薄膜表面氧化层厚度的分析方法，进而得到薄膜的钉扎临界厚度。

背景技术

微波/射频磁性器件是当今国防电子、卫星和移动通信产业不可或缺的基础元器件，例如环形器、移相器及滤波器等。从最初的1G到4G，再到如今5G技术的飞速发展，都展示出通信产业日新月异的巨大变革，微波器件的工作频率和集成化程度也随之不断提高。作为此类器件核心组成部分之一，磁电子器件必然要向高频化、小型化发展，这就对磁性材料提出了更高要求。然而，目前通信设备/系统所用的大部分微波/射频磁性器件都是基于块体材料制备的分立器件，往往占据很大的设备空间。尽管片式化技术的进步，能够使其高密度表贴在微波电路中，但仍然难以实现与现有半导体器件的集成，因此亟需研制工作频率高、信号强，并且可薄膜化集成的先进磁性材料/结构。

金属软磁薄膜具有高饱和磁化强度M_s，大的起始磁导率μ_i和较高的铁磁共振(FMR)频率，在高频应用中备受瞩目。而常见的提高薄膜应用频率的方法有：(1)采用M_s较高的铁磁金属，如Fe、NiFe合金薄膜；(2)采用薄膜图形化工艺，调控各向异性场，提高应用频率，这类方法的研究已较为成熟广泛；(3)采用铁磁/反铁磁(FM/AF)多层膜结构，激发自旋波共振，提高各向异性场，利用表面电子自旋的钉扎效应提高应用频率(降低共振场)。除此之外，FM/AF结构还能应用于巨磁电阻自旋阀的研究，在交换偏置现象被发现的五十多年来备受瞩目。其中，NiFe/FeMn(或FeMn/NiFe)是研究及应用最为常见的多层膜结构，通过改变NiFe、FeMn薄膜的厚度等工艺参数，能够实现对多层膜及周期性薄膜工作频率、铁磁共振线宽、共振场等性能参数的调控，且这一技术已经发展到几个～几十个纳米(nm)级。研究发现，薄膜厚度在小于几十甚至几个纳米的变化范围内，其微波磁性能都会发生一定程度的改变。随之而来的，则是对薄膜表界面问题的探究，对纳米膜厚的精确把控，以及对材料分析表征手段的考验。对于NiFe、FeMn薄膜而言，除了在界面发生化学反应之外，在自然环境下放置也会不可避免地易被氧化，进而引起(尤其是覆盖层的)成分和有效膜厚的变化，不利于对工艺参数有着极高精确度要求的超薄纳米膜的研究。所以测量NiFe、FeMn薄膜表面的自然氧化层厚度，从而进一步确定NiFe/FeMn、FeMn/NiFe钉扎双层膜覆盖层要产生钉扎的临界厚度(最小厚度)，对调控其性能和研究材料的表界面问题都有着至关重要的意义。