[发明专利]钇铁石榴石薄膜材料及其制备方法在审

申请号：	201510653931.6	申请日：	2015-10-10
公开（公告）号：	CN105331942A	公开（公告）日：	2016-02-17
发明（设计）人：	董显林;连建芸;陈莹;王根水	申请（专利权）人：	中国科学院上海硅酸盐研究所
主分类号：	C23C14/35	分类号：	C23C14/35;C23C14/08
代理公司：	上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙) 31261	代理人：	曹芳玲;郑优丽
地址：	200050 ***	国省代码：	上海;31
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摘要：
搜索关键词：	铁石薄膜材料及其制备方法
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【说明书】：

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，尤其涉及一种溅射外延于Si衬底上的钇铁石榴石薄膜材料及其制备方法。

背景技术

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体通常在高频时具有较高的磁导率，涡流损耗小，适合于制作高频电磁器件，因而已成为高频弱电领域用途非常广泛的非金属磁性材料。铁氧体的晶体结构主要有三种类型：尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。按照磁学性质和用途不同可以将铁氧体分为软磁、硬磁、旋磁、矩磁、压磁等五种类型。

YIG(Y₃Fe₅O₁₂)是一种很有代表性的石榴石结构的旋磁材料，其工作原理主要是利用材料磁导率的张量特性及铁磁共振效应，工作频率处在微波波段，故被称为微波铁氧体材料。钇铁石榴石薄膜作为环形器、隔离器、存储器和滤波器的研究已有很多，在Si衬底上生长的钇铁石榴石薄膜移相器件能与传统的Si平面CMOS工艺兼容，但是在Si衬底上生长的薄膜非常容易开裂且不容易获得高的饱和磁化强度。

CN101311374A公开一种钇铁石榴石薄膜的制备方法，但是其需要先在Si衬底上沉积CeO₂过渡层，再沉积钇铁石榴石薄膜，成本较高、工艺较为繁琐。CN103840081A也公开了一种钇铁石榴石薄膜的制备方法，其同样也并非是直接在Si衬底上制备钇铁石榴石薄膜，而是先在Si衬底上制备Ti或Pt/Ti下电极，再沉积钇铁石榴石薄膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种溅射外延于Si衬底上的钇铁石榴石薄膜及其制备方法，用此方法制得的薄膜具有结构均匀致密、饱和磁化强度可与陶瓷比拟、介电损耗低、矫顽力低、居里温度远高于室温等优点。

在此，本发明提供一种钇铁石榴石薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：清洗Si/SiO₂衬底(优选为Si(100)/SiO₂衬底)表面；

步骤二：通过射频磁控溅射方法在清洗好的衬底表面溅射钇铁石榴石薄膜，其中，靶材为Y₃Fe₅O₁₂，本底真空低于4.0×10^-4Pa，溅射气体为O₂、N₂和Ar中的至少一种，溅射气压为1.5～3.0Pa，衬底温度为室温～600℃，溅射功率为60～150W；

步骤三：对钇铁石榴石薄膜进行后退火处理。

本发明通过射频磁控溅射方法在Si衬底上溅射外延钇铁石榴石薄膜，方法工艺简单易行，采用本发明的方法制备的薄膜材料具有结构致密不开裂、饱和磁化强度可与陶瓷比拟、介电损耗低、矫顽力低、居里温度远高于室温等优点。

较佳地，步骤一中的清洗过程为：

(1)用丙酮超声清洗5～15分钟；

(2)用酒精超声清洗5～15分钟；以及

(3)用去离子水超声清洗5～15分钟。

较佳地，步骤二中，起辉后开始预溅射，预溅射10～20分钟后，开始溅射。