[发明专利]一种双磁性相纳米复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合薄膜，尤其是涉及磁性金属/合金纳米粒子与常规铁氧体复合薄膜材料的一种双磁性相纳米复合薄膜的制备方法。

背景技术

为了满足人们对电子器件轻便、小巧、高频(GHz频段)应用等的使用需求，致使其电磁元器件向着高频化、微型化、薄膜化、集成化等方向发展。虽然现有的集成电路制造工艺可以显著缩小处理器尺寸，但是仍有一部分核心部件比如集成电感、噪音抑制器等射频磁性器件在高频化、微型化和集成化等方面面临诸多困难。为了解决以上难题，具有高饱和磁化强度、高磁导率、高共振频率以及高电阻率(以便能有效抑制涡流损耗)的软磁薄膜材料引起了人们越来越多的关注。

金属软磁薄膜材料尽管具有比较高的饱和磁化强度，但其较低的电阻率限制了在高频器件上的应用。铁氧体作为传统的高频用软磁材料，虽然具有很高的电阻率，但由于其饱和磁化强度低，根据Snoek理论((μ_s-1)f_r＝(2/3)γ4πM_s)(J.L.SNOEK,Gyromagnetic Resonance in Ferrites,Nature,1947,160,90)，在GHz使用频率下无法保持高的磁导率。因此铁氧体为作为单一相高频磁性材料已经不能满足现代射频集成电路向高频化、微型化等的发展的要求。目前，提高磁性薄膜材料高频性能的一个重要途径是将具有高饱和磁化强度的铁磁性颗粒(如Fe₆₅Co₃₅合金纳米颗粒)复合封装到软磁铁氧体薄膜(如Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄薄膜)中形成新型的(Fe₆₅Co₃₅)@(Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄)双磁性相纳米复合薄膜，这种复合薄膜不仅具有铁磁性颗粒的特性(高的饱和磁化强度)，而且可以保持常规铁氧体薄膜的重要性质(高的电阻率)。

然而，传统的共溅射的方法不能用来制备这种新型复合薄膜，这是因为从高饱和磁化强度的磁性金属(Fe、Fe-Co、Fe-Ni等)靶上溅射出来的Fe、Co、Ni等磁性原子会与从铁氧体靶上溅射出来的各种原子一起，形成另一种成分比例的铁氧体薄膜或者一种复杂的混合结构，而不能得到所期望的双磁性相纳米复合薄膜，进而影响其高频性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有共溅射方法制备纳米复合薄膜的技术难题，提供一种双磁性相纳米复合薄膜的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将两片Fe₆₅Co₃₅靶安装在对向靶装置上，接直流电源；将Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄靶安装在单靶上，接射频电源，将硅基片固定在沉积室内可旋转的样品架上并抽真空；

2)产生Fe、Co原子蒸汽，气相Fe、Co原子在溅射室中通过与惰性气体的碰撞损失能量而形成Fe₆₅Co₃₅合金纳米颗粒，形成的Fe₆₅Co₃₅合金纳米颗粒在压力梯度的影响下经过过滤区喷嘴的筛选后得到纳米粒子束流，最终进入沉积室并沉积到硅基片上；

3)制备Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄薄膜；

4)在旋转系统的作用下，使硅基片交替沉积Fe₆₅Co₃₅合金纳米颗粒和Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄薄膜，使Fe₆₅Co₃₅合金纳米颗粒在真空中直接原位组装到Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄薄膜中以形成(Fe₆₅Co₃₅)@(Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄)双磁性相纳米复合薄膜。