[发明专利]一种高矫顽力软硬磁复合铁氧体薄膜材料及其制备方法

说明书

一种高矫顽力高剩磁比复合铁氧体薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备BaFe₉Al₃O₁₉铁氧体靶材；(2)用脉冲激光沉积法在Al₂O₃(000l)基片上沉积非晶态BaFe₉Al₃O₁₉铁氧体薄膜；(3)将上述生长的非晶态BaFe₉Al₃O₁₉铁氧体薄膜放置马弗炉中进行退火，促使形成BaFe₂O₄和BaFe₉Al₃O₁₉复合铁氧体薄膜。本发明通过固相法进行Al离子掺杂制备致密性良好的六角铁氧体靶材，并选用脉冲激光沉积技术沉积薄膜，通过控制薄膜的生长条件，实现BaFe₂O₄和BaFe₉Al₃O₁₉复合的薄膜，充分发挥软硬磁复合的特点，提高了铁氧体薄膜的磁性能，最终制备出c轴面外取向且具有高矫顽力特征的复合铁氧体薄膜材料。其特征在于，矫顽力大于1.83T，剩磁比达到93％，在自偏置微波器件和磁记录领域具有良好的应用前景。

技术领域

本技术属于铁氧体材料制备技术领域，特别涉及一种高矫顽力软硬磁复合铁氧体薄膜材料及其制备方法。

背景技术

微波铁氧体器件是微波/毫米波电子设备和系统中不可缺少的基础性元器件，主要包括环行器、隔离器、移相器等。这些器件在军用雷达、导弹、军用通信设备、电子对抗、航空、航天等系统中具有重要用途，而且还在民用通信、医疗卫生等诸多领域有着广泛的应用。

随着雷达电子和无线技术的发展，包括环行器、移相器和滤波器在内的下一代磁性微波器件将是平面的、自偏置的和低损耗的。为了满足环行器小型化、自偏置和毫米波应用频率的需求，在制作环行器的材料方面，人们开始研究具有永磁特性(提供自偏置)的M型铁氧体。六角钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉,BaM)薄膜具有高饱和磁化强度和矫顽力、大的单轴晶磁各向异性场和合适的铁磁共振线宽(FMR)等优点，被认为是一种理想的自偏置微波器件材料。它由四层结构组成，其中包括两个尖晶石结构，两个氧层和两个六角形结构，三个氧层。BaM的晶胞含有38O^2-、2Ba²⁺、24Fe³⁺，其中Fe³⁺离子分布在八面体位点、四面体位点和三角双锥体位点。经过取向处理后还具有较高的剩磁比，从而成为制作毫米波环行器的重要材料。而对于磁记录而言，矫顽力适当的增大，使保存的信息越稳定增强，较大的矩形比可以提高信息的写入效率，减小自退磁作用，这使得BaM在磁记录方面也有着应用的潜力。为了实现环行器的小型化和薄膜化，以薄膜形态的钡铁氧体材料来替代块材，进而设计和制备薄膜集成环行器是近年来国内外环行器研究领域的热点。但是单一的六角铁氧体最大矫顽力也只有0.5T的矫顽力，尚难以满足应用与磁记录的需求。因此，研究出高矫顽力、高剩磁比的M型钡铁氧体薄膜成为一个迫切的需求。

发明内容

本发明主要针对自偏置环行器用六角铁氧体材料剩磁比较低的技术难题，提供一种高矫顽力高剩磁比复合铁氧体薄膜材料及其制备方法。基于上述背景与需求，本发明提供了一种c轴面外取向且具有高矫顽力高剩磁比BaFe₂O₄复合BaFe₉Al₃O₁₉铁氧体薄膜的制备方法。通过适宜主配方和添加剂配方控制靶材的成分，再利用脉冲激光沉积(PLD)工艺在Al₂O₃(000l)基片上沉积铁氧体薄膜，通过优化生长工艺，使软硬磁相复合，发挥双相耦合优势。

所制备的复合铁氧体薄膜是一种具有硬磁特征的六角铁氧体材料和软磁特征的尖晶石结构的铁氧体复合，基于软硬磁之间的耦合作用，实现具有较高的矫顽力与剩磁比、c轴面外取向的结构和性能上的各向异性。