[发明专利]一种SmCo合金磁致伸缩薄膜的制备方法

摘要

一种SmCo合金磁致伸缩薄膜的制备方法，以金属合金Sm₂Co₁₇靶做为溅射靶材，通过团簇束流沉积系统的直流磁控溅射产生高密度SmCo合金原子气，在缓冲区中与氩气持续碰撞逐渐生长成团簇，依次通过第一级喷嘴、第二级气压差分系统、第二级喷嘴、第三级气压差分系统和第三级喷嘴，在衬底上进行沉积，沉积结束后原位退火。本发明制备的SmCo合金磁致伸缩薄膜，颗粒尺寸均一，颗粒的尺寸控制在小于合金单磁畴临界尺寸，薄膜具有优异的磁学特性，磁致伸缩效应明显，在6400Oe的磁场下，磁致伸缩系数为92×10^‑6，在700K温度下原位退火后，磁致伸缩系数为145×10^‑6。

主权项

1.一种SmCo合金磁致伸缩薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)选择金属合金Sm2Co17靶做为溅射靶材；(2)将衬底(6)清洗后固定在衬底座(5)上，并密封在团簇束流沉积系统的第四级气压差分系统(d)中；(3)利用机械泵和分子泵对第四级气压差分系统(d)预抽真空，使其压强不超过3×10‑5Pa；(4)通过溅射气体入口(1)向团簇源室(A)和缓冲区(B)中通入氩气作为溅射气体，使其压强达到并保持在50～100Pa，所述团簇源室(A)的压强达到并保持在70Pa；通过团簇束流沉积系统的直流磁控溅射产生高密度SmCo合金原子气，团簇束流沉积系统的电源为直流电源，电源的工作电流设置为135mA，团簇束流沉积系统的溅射功率设置为71W；(5)缓冲区(B)的冷凝长度设置为180mm；SmCo合金原子气在缓冲区(B)中通过与氩气持续碰撞逐渐生长成团簇，形成的团簇被气流携带，依次通过第一级喷嘴(10)、第二级气压差分系统(b)、第二级喷嘴(9)、第三级气压差分系统(c)和第三级喷嘴(4)，形成定向且准直的团簇束流；(6)团簇束流对准衬底(6)进行沉积，沉积速率为0.1nm/s，沉积时间为100‑150分钟，在衬底(6)上形成的团簇薄膜厚度为600～900nm，团簇束流中的团簇颗粒沉积到衬底(6)时的动能为10～100meV/Atom，团簇颗粒沉积到衬底(6)时的切向速度小于法向速度的1/50；(7)沉积结束后，团簇薄膜在保护气气氛和700K温度下原位退火5～10分钟，保护气为氩气；低能团簇束流沉积系统主体由四部分构成：团簇源室A、缓冲区B、成核区C和生长区D，在团簇源室A中，惰性气体由惰性气体入口进入冷凝腔8，冷凝腔8的腔壁通入液氮进行冷却，使得惰性气体通过与冷凝腔8的腔壁的反复碰撞可以迅速冷却下来，从磁控溅射靶源溅射出的原子气或离子气，通过溅射气体入口1进入充满惰性气体的冷凝腔8中，并与惰性气体分子相互碰撞、冷凝，从而在第一级气压差分系统a中形成初始团簇，初始团簇在惰性气体的带动下，飞向第一级喷嘴10，其间不断吸附溅射原子和/或离子而逐渐长大，最后，团簇飞离缓冲区B，并通过第一级喷嘴10发生等熵膨胀而进入成核区C，从第一级喷嘴10喷出的团簇被缓冲区B中的缓冲气体携带，依次通过第二级气压差分系统b、直径2mm的第二级喷嘴9、第三级气压差分系统c，直径3mm第三级喷嘴4、到达第四级气压差分系统d，上述喷嘴均具有一定的锥度，团簇在穿过每一级喷嘴时都将发生等熵膨胀，从而形成准直的具有较高尺寸单色度的团簇束流，各级气压差分系统的差分抽气构成如下：第一级气压差分系统a由1200L/s的分子泵抽气，第二级气压差分系统b、第三级气压差分系统才和第四级气压差分系统d均由600L/s的分子泵抽气，准直的具有较高颗粒尺寸的单色度的团簇颗粒沉积在衬底6上，形成团簇组装的SmCo合金磁致伸缩薄膜。