[发明专利]一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜及其制备方法，包括衬底，位于所述衬底上的亚铁磁合金薄膜,位于所述亚铁磁合金薄膜上的MgO薄膜,位于所述MgO薄膜上的Pt薄膜；制备方法包括以下步骤：S1：在真空及高纯度氩气条件下，以过渡族磁性金属Co和稀土金属Tb为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在衬底上共溅射Co和Tb得到CoTb亚铁磁合金薄膜层；S2:在真空及高纯度氩气条件下，以MgO陶瓷为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述合金薄膜层上沉积MgO得到MgO薄膜层；S3：在真空及高纯度氩气条件下，以金属Pt为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述MgO薄膜层上沉积Pt得到Pt薄膜层。本发明在粗糙度很大的铝箔片和柔性衬底上都能保持较好的垂直各向异性。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料与磁电子技术领域，尤其涉及一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜及其制备方法。

背景技术

磁各向异性是指磁性材料的磁性能(磁化率、剩磁、矫顽力等)沿不同方向磁化时表现不一样的现象。对于磁性薄膜材料，当易磁化轴垂直薄膜表面时，表现出垂直各向异性。目前常见的垂直各向异性薄膜有：(1)铁磁层/非磁层的多层膜，例如[Co/Pt]_n和[Co/Pd]_n多层膜；(2)重金属层/铁磁层/氧化层薄膜，例如Pt/Co/AlO_x和Ta/CoFeB/MgO；(3)过渡族磁性金属-稀土金属组成的合金薄膜，例如GdFeCo和TbFeCo；(4)有序合金薄膜，比如L10-CoPt和L10-FePt。垂直各向异性优良的磁性薄膜在高密度磁记录和高密度磁光存储等领域发挥着重要作用。

然而，对于大多数磁性薄膜材料，其垂直各向异性通常表现出界面的特性：(1)铁磁层厚度低至1nm；(2)磁性异质结的界面须择优氧化；(3)需要缓冲层。铁磁层厚度较低，直接影响着磁存储和磁性传感器件的热稳定性，界面的择优氧化和添加缓冲层使得器件的制备工艺非常复杂。此外，绝大多数垂直各向异性薄膜只能在刚性的衬底上生长，且严重依赖平整的衬底，这制约着磁性材料在柔性电子中的应用。因此，制备出一种具有体特性、对衬底的依赖性不高、且在柔性衬底上表现出垂直各向异性的磁性材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜及其制备方法，解决了现有技术中磁性材料对衬底依赖性高、磁性异质结的界面须择优氧化、铁磁层厚度较低影响磁存储和磁性传感器件的热稳定性、制备工艺复杂的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜，其特征在于，包括衬底，位于所述衬底上的亚铁磁合金薄膜,位于所述亚铁磁合金薄膜上的MgO薄膜,位于所述MgO薄膜上的Pt薄膜。

进一步地，所述衬底为以下任意一种：玻璃、Si/SiO₂、载玻片、铝箔片或手机贴膜，所述铝箔片的表面粗糙度达到十纳米级别，所述手机贴膜为柔性衬底。

进一步地，所述亚铁磁合金薄膜为过渡族磁性金属和稀土金属组成的CoTb亚铁磁合金薄膜。

本发明还提供了一种体垂直各向异性的亚铁磁合金薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在真空及高纯度氩气条件下，以过渡族磁性金属Co和稀土金属Tb为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在衬底上共溅射Co和Tb得到CoTb亚铁磁合金薄膜层；

S2:在真空及高纯度氩气条件下，以MgO陶瓷为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述合金薄膜层上沉积MgO得到MgO薄膜层；

S3：在真空及高纯度氩气条件下，以金属Pt为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述MgO薄膜层上沉积Pt得到Pt薄膜层。

进一步地，所述衬底沿顺时针方向旋转。

进一步地，所述Co、Tb、MgO和Pt靶倾斜放置，靶心距离托盘的中心位置30cm。