[发明专利]一种高剩磁比单一取向的M型铁氧体异质结薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高剩磁比单一取向的M型铁氧体异质结薄膜的制备方法，该方法选用了（111）晶向的SrTiO₃单晶基片作为沉积薄膜的基底，Sr₃Al₂O₆作为薄膜缓冲层，得到结构为BaFe₁₂O₁₉(0001)/Sr₃Al₂O₆/SrTiO₃的异质结薄膜。其制备方法包括以下步骤：（1）使用脉冲激光沉积系统（PLD）在单晶SrTiO₃(111)衬底上沉积Sr₃Al₂O₆薄膜层。（2）使用脉冲激光沉积系统在Sr₃Al₂O₆/SrTiO₃异质结结构上沉积BaFe₁₂O₁₉薄膜层。本实验以Sr₃Al₂O₆作为缓冲层，制备了BaFe₁₂O₁₉(0001)/Sr₃Al₂O₆/SrTiO₃异质结取向膜。后续的磁性结果显示，材料的剩磁比高达0.97，矫顽场增加至15 kOe，这使得该材料在微波吸收、垂直磁记录等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高剩磁比单一取向的M型铁氧体异质结薄膜的制备方法，具体涉及一种矫顽场为12-15 kOe、饱和磁化强度为60-70 emu/cm³、剩磁比为0.90-0.97的BaFe₁₂O₁₉(0001)/Sr₃Al₂O₆/SrTiO₃异质结薄膜的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，下一代微波器件，如环行器、隔离器、移相器和滤波器等，要求应用于其中的铁氧体材料具有片式、非互易、自偏置、低损耗等特点。M型铁氧体材料由于具有大的垂直磁晶各向异性、较高的饱和磁化强度、强的单轴磁晶各向异性场、高电阻率和介电常数、良好的化学稳定性和机械强度等特点，被认为是下一代微波铁氧体器件中最具应用潜力的材料之一。同时，M型铁氧体的这些特点使其在垂直磁记录材料方面也具有巨大的应用前景。因此，研究并制备出具有强单轴磁晶各向异性场、高饱和磁化强度、高剩磁比的M型铁氧体薄膜是目前的热点之一。

在20世纪70年代，Glass等利用液相外延（LEP）的方法制备出了M型铁氧体的单晶薄膜，但是并未对其磁性能有所研究。1992年，Dorsey等用脉冲激光沉积（PLD）的方法制备了具有沿c轴取向的BaFe₁₂O₁₉薄膜，虽提高了铁磁共振线宽性能，但剩磁比非常低。随后，Sui等利用磁控溅射沉积BaFe₁₂O₁₉薄膜，其剩磁比达到了0.63，矫顽场为4.1 kOe。2002年，Wang等同样使用LEP技术沉积了BaFe₁₂O₁₉的厚膜（45 μm），但是剩磁比和矫顽场却很低，达不到器件应用的要求。紧接着，Song等利用PLD方法在蓝宝石单晶基片（Al₂O₃）上沉积了c轴取向的BaFe₁₂O₁₉薄膜，其剩磁等方面的性能有所提高，但剩磁比依旧很低，只有0.3。近些年来，Wei等通过PLD沉积了自组装纳米岛状的BaFe₁₂O₁₉薄膜，其剩磁比为0.1左右。Mohebbi等原位沉积了具有沿c轴取向的BaFe₁₂O₁₉薄膜，提高了薄膜的电阻率，其矫顽场和饱和磁化强度与块体的相近，剩磁比为0.37。Zheng等用PLD法在Pt(111)/Al₂O₃(0001)上沉积了矫顽场为1 kOe的BaFe₁₂O₁₉薄膜，但是剩磁比仅有0.3。