[发明专利]单质靶制备SmCo5薄膜的方法

说明书

技术领域本发明涉及一种单质靶制备SmCo₅薄膜的方法，属于磁性薄膜技术领域。

背景技术SmCo₅是新一代高性能永磁材料。高居里温度以及优良的抗腐蚀性能使得SmCo₅在高温和其他特殊环境中有良好的应用前景，当前工艺多采用SmCo₅合金靶材通过磁控溅射法制得了高性能的SmCo₅薄膜材料。高性能SmCo₅薄膜的制备过程中，底层的选择和沉积温度是关键因素。

发明内容本发明提供一种单质靶制备SmCo₅薄膜的方法，能够通过控制Sm、Co靶材的沉积时间精确控制制备出SmCo₅薄膜。

本发明采用单质靶制备SmCo₅薄膜，所制材料包括Cu底层，SmCo₅磁性层及Cr防氧化层。其特别之处在于所述的SmCo₅磁性层为Sm、Co薄层扩散的方法所得。

本发明所述的SmCo₅薄膜，采用脉冲激光沉积方法制备，基片为(100)单晶硅，激光脉冲腔内真空度，沉积温度为400℃，激光频率8Hz，激光能量190mJ/_pulse，Cu底层的溅射时间60分钟。而后Sm、Co靶交替沉积10次，控制单质靶的沉积时间来制备SmCo₅薄膜。磁性层上镀Cr防氧化层，沉积时间为5分钟。样品经700℃退火30分钟后在真空腔中自然冷却至室温。

采用脉冲激光沉积法制备SmCo₅薄膜技术如下：

(1)本实验所采用的衬底为2英寸的单晶Si(100)基片，单面抛光。将Si片浸没在丙酮中，置于超声清洗机中清洗一小时，无水乙醇超声清洗一小时，去离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。

(2)将Cu、Sm、Co、Cr单质靶材和基片分别固定在相应的靶材架上，调整基片与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。

(3)将真空腔内真空度抽至2×10^-4Pa，在室温下镀Cu底层，靶基距设定为50mm，激光频率为8Hz。

(4)设定衬底温度，当系统真空度达到3×10^-4Pa左右时先在低功率下预热炉丝10分钟，升温速率控制在10℃/分钟，升温至薄膜生长所需的温度。

(5)当衬底温度和反应室内压强达到预设值时，先沉积Cu靶在基片上形成Cu膜，时间为60分钟，再交替沉积Sm、Co靶材，通过控制沉积时间来制备出SmCo₅薄膜。在磁性层上镀上Cr防氧化层，700℃退火30分钟以确保Sm、Co层扩散均匀形成SmCo₅相并晶化。

具体实施方式

(1)衬底清洗

本实验所采用的基片为2英寸的单晶Si(100)衬底，单面抛光，其电阻率为1.9～2.6×10³Ω/cm。首先将Si片浸没在丙酮中，置于超声波发生器中清洗一小时，随后置于无水乙醇中超声清洗一小时，最后去离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。

(2)靶材及基片的安装

将Cu、Sm、Co、Cr单质靶材和基片分别固定，调整基片与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。

(3)抽真空

首先打开分子泵冷却水，打开电源，开机械泵抽至低真空，开隔断阀，启动分子泵将真空室内压强抽至2×10^-4Pa。

(4)镀膜

在室温下镀Cu底层，激光能量设定为190mJ/_pulse，频率为8Hz，沉积时间为60分钟。预热电阻丝10分钟，加热衬底升温至400℃，升温速率控制在10℃/分钟。然后镀磁性层，按Sm/Co靶交替沉积，Sm靶沉积时间为6秒，Co靶沉积时间为3分钟，重复10次。最后镀上Cr防氧化层，沉积时间为5分钟。样品经700℃退火30分钟后在真空腔中自然冷却至室温。