[发明专利]一种利用活泼金属氧化物优化钴基薄膜电感材料磁性能的方法

说明书

本发明公开了一种利用活泼金属氧化物优化钴基薄膜电感材料磁性能的方法，属于信息存储及电感技术领域。本发明选择由较活泼金属构成的离子型氧化物作为阻隔层，并采用轨道杂化工程来实现薄膜软磁性能的控制，得到有益的、适度的Co‑O轨道杂化状态，进而优化铁磁薄膜材料磁性能。离子型氧化物化学键能低，活泼性强，相较于Al金属而言，更活泼的金属Hf或Mg较易从Co中夺取O，使得界面氧化状态呈现不同程度的欠氧、适氧、过氧，增加了调节的范围和可控性，因而可以使得Co‑O的轨道杂化状态向适度改变，从而引起Co基软磁材料/MO磁性能的改变，具有工艺简单、控制方便、效率高、成本低等优点，适合应用于未来信息存储和电感技术中。

技术领域

本发明属于信息存储及电感技术领域，具体涉及一种通过选择离子型的活泼金属氧化物来调控Co基软磁/非磁界面结构，进而优化软磁薄膜的磁性能的方法。

背景技术

近年来，电子信息技术飞速发展，5G时代的到来不仅给人们的生产、生活提供了巨大的便利，如智能家居、无人驾驶、可穿戴设备等的应用，同时也使得信息终端的接收设备迎来巨大的革新，对磁传感器、电感、变压器等先进电子元件的性能、可靠性、小型化及节能性等提出了更高的要求。因此，需要不断提升作为电感、变压器等元件重要组成部分的Co基软磁薄膜的软磁性能。

目前，用于磁性薄膜电感器件中的磁芯材料有坡莫合金、铁氧体、非晶金属磁性材料等。与铁磁材料相比，Co基非晶软磁材料，如CoZrTa，具有很强的饱和磁化强度及较小的矫顽力，因而可以降低电感器件在高频应用时的涡流损耗。这些本征的优势使得Co基非晶软磁材料逐渐成为电感、变压器等先进电子元器件中的核心功能材料。为进一步抑制电感元器件实际应用过程中产生的涡流损耗，国际上已发展了溅射参数调控(溅射气压，溅射速率等)、靶材成分控制(Co_91.5Zr₄Ta_4.5，Co₈₂Zr₈Ta₁₀，Co₉₀Zr₅Ta₅，Co_78.5Zr_9.5Ta₁₂等)、多层膜的溅射周期等调控方法[AIP Advances 8(2018)048002]。通常CoZrTa与非磁材料(Non-magnetic intermediate layer,NMIL)(如：SiO，SiO₂，Al₂O₃等)构成多层膜(CoZrTa/MO)应用到电感元器件中，氧化物引入的作用是阻隔相邻的磁性层并调控相邻磁性层的静磁耦合作用，使得矫顽力降低以减小涡流损耗。目前，大多数研究工作都是通过选择共价型氧化物作为阻隔中间层来调节CoZrTa的磁性[J.Appl.Phys.98(2006)08F109；J.Appl.Phys.113(2013)17A343；AIP Advances 7(2017)056414]，单一阻隔层类型的选择很大程度限制了CoZrTa薄膜矫顽力的调控能力。因此，如何在不需要复杂的溅射工艺摸索的前提下，降低制备的复杂程度和难度，寻求有效、简单地调控CoZrTa/MO薄膜的磁性能的方法，是制备高性能磁性薄膜电感材料及器件的关键问题之一。