[发明专利]一种磁性阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及平面磁性阵列器件的制备方法。

背景技术

随着器件与整机的微小型化发展，以加工微米/纳米机构和系统为目的的微米/纳米技术在此背景下应运而生，特别是其中的MEMS技术得到了迅猛的发展。MEMS器件具有体积小、重量轻、能耗低、惯性小、响应时间短等突出优点，同时可把多个不同功能、不同敏感方向或致动方向的微机构大规模地集成在一起，并且可以通过微电铸的方法进行批量复制和大规模生产，因此在医疗、生物技术、空间技术、无线通讯等方面具有巨大的市场价值。

磁性阵列作为微米/纳米器件中的一种基本结构，不仅可以应用在MEMS领域中；而且在磁记录，微波器件领域也得到了广泛的应用。目前，磁性阵列大都是采用光刻的方式进行布线与图形化，其微细加工工艺极其复杂，通常都需要进行十几步甚至几十步的工序才能完成制作过程，并且对所涉及的材料与设备要求很高，极大的限制了器件的应用。因此，如何实现磁性阵列工艺简单化成为了关注的焦点。目前，文献所报道的方法主要是利用纳米材料来实现，所采用的技术包括自组装技术和旋涂法等。其主要工艺工程包括：首先在基底表而制备纳米无机单层磁性材料膜，然后经光刻工艺进行蚀刻加工，以获得各种阵列图形。该类方法主要存在以下缺点：1、基底表面的单层磁性材料膜由于采用自组装技术或旋涂法等工艺制备，其稳定性较差，特别是在磁性阵列的构筑中，由于排布后的磁性粒子之间的相互作用，会导致阵列图形走样，使得图形分辨率下降，从而造成器件失效率大大增加；2、整个制备过程中，光刻步骤不可或缺，因此工艺仍然比较复杂；3、由于单层磁性材料膜中大部分对于制作此类阵列来说是不必要的，仍然需要利用光刻工艺进行蚀刻，这样就造成了大量的原材料浪费。

发明内容

本发明提供一种磁性阵列的制备方法，该方法具有工艺简单、操作容易、无需光刻和成本低廉的特点，适于大规模生产，且能够大量节约原材料，所制备出的磁性阵列能够满足多数实际需求。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种磁性阵列的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需要，采用现有光刻工艺，制备永磁阵列母板；

步骤2、将纳米铁氧体材料与固含量为5％～45％质量百分比的光敏聚合物材料均匀混合，得到纳米铁氧体-光敏聚合物的复合材料；

步骤3、将步骤1所得的永磁阵列母板固定在基底介质层下表面，然后在基底介质层上表面均匀涂覆一层步骤2所得的纳米铁氧体/光敏聚合物复合材料；

步骤4、静置待基底介质层上均匀涂覆的纳米铁氧体/光敏聚合物复合材料中的纳米铁氧体磁性粒子在永磁阵列母板磁场的作用下按照永磁阵列母板的阵列图形排布；

步骤5、待步骤4所述的纳米铁氧体磁性粒子按永磁阵列母板的阵列图形排布好后，在步骤2所述光敏聚合物相应曝光波长的光波下曝光，实现纳米铁氧体磁性粒子的固化；

步骤6、去除永磁阵列模板，即可得到相应的磁性阵列。

需要说明的是，上述步骤2中纳米铁氧体材料与固含量为5％～45％质量百分比的光敏聚合物材料相复合的质量比为1∶10～1∶100之间。固含量为5％～45％质量百分比的光敏聚合物材料的用量要远大于纳米铁氧体材料以保证其中纳米铁氧体粒子具有充分的流动性，这样才能保证最终所制备的磁性阵列具有良好的均一性。

本发明实质上是利用永磁阵列母板复制出跟永磁阵列母板一样的磁性阵列，由于永磁阵列母板在复制过程中没有磨损，所以永磁阵列母板可以反复利用。虽然一个永磁阵列母板的制作成本较高，但随着复制数量的增加，其成本可以不断地分摊在所制得的磁性阵列中，最终可使所制备的磁性阵列所分摊的永磁阵列母板的成本趋近于零。本发明另一巧妙之处在于，利用了光敏聚合物的光固化特性来固定磁性阵列中的纳米铁氧体磁性粒子，从而克服了现有技术中“由于磁性粒子之间的相互作用导致的阵列图形走样，图形分辨率下降，器件失效率增加”的技术问题。另外，本发明可用于制作任意图形的平面磁性阵列，只要永磁阵列母板根据实际需要加工成型，所复制出的磁性阵列就和永磁阵列母板同属相同的磁性阵列。虽然利用永磁阵列母板复制出的磁性阵列的图形分辨率比永磁阵列母板本身的图形分辨率低，但是在许多场合完全可以满足实际应用。根据发明人的实验得知，利用永磁阵列母板复制出的磁性阵列的图形分辨率在微米量级，这样的磁性阵列完全可以用于制备MEMS器件。

综上分析，本发明具有工艺简单、操作容易、无需光刻和成本低廉的特点，适于大规模生产，且能够大量节约原材料，所制备出的磁性阵列能够满足多数实际需求。将在微电子、光电子、磁记录及微波器件领域中得到广泛应用。