[发明专利]一种磁性纳米颗粒复合膜及其制备方法

说明书

一种磁性纳米颗粒复合膜及其制备方法，属于薄膜材料磁性控制技术领域。一种磁性纳米颗粒复合膜，所述复合膜由磁性层和绝缘层连续交替沉积而成，复合膜厚度为15～100nm；所述磁性层是由磁性颗粒均匀嵌入绝缘介质中形成的层膜，所述磁性颗粒成分为Fe或Fe‑Ni，磁性颗粒体积分数为80～95％，磁性层厚度为1～20nm；所述绝缘层是由绝缘介质组成，厚度为0.1～10nm。本发明所制备的磁性纳米颗粒复合膜能够控制纳米颗粒的合并生长、颗粒大小及分布均匀性等，从而在晶粒细化的同时实现磁性的提高。使用此发明所制备的复合膜特别适用于数字化电子工业和通信技术领域的电子元器件。

技术领域

本发明属于薄膜材料磁性控制技术领域，具体涉及一种磁性纳米颗粒复合膜及其制备方法。

背景技术

数字化电子工业和通信技术的发展要求电子元器件向着高集成度、高频率和纳米化方向发展。作为核心材料的磁性薄膜在纳米化后，会产生如巨电导效应、巨磁电阻效应、巨霍尔效应等特殊的电磁现象。这使磁性纳米薄膜在高密度存储、磁电阻传感器、高频传感器、微机电系统、微变压器、抗电磁干扰和微波吸收等领域具有广泛的应用。

纳米化是指将晶粒尺寸控制在1～100nm的范围内。有时为了获得满足应用要求的性能，晶粒尺寸甚至小于5nm。然而，晶粒尺寸的减小会使薄膜的磁性受热扰动的影响，产生超顺磁效应。而且晶粒尺寸减小，会影响磁信号的信噪比，对传导电子的散射增强而影响薄膜的电阻率和高频性能。同时，小尺寸的晶粒容易产生不同于块体的相变，降低薄膜的磁性能。因此，将纳米颗粒嵌入到绝缘介质(如：SiO、SiO₂、MgO等)中形成纳米颗粒复合薄膜，利用绝缘介质对复合膜颗粒耦合作用、磁各向异性和退磁效应等的作用提高颗粒细化后薄膜的磁性。而且电子在颗粒间的隧道效应还会影响纳米颗粒复合膜的磁性和磁电阻性能，产生霍尔效应和隧道磁电阻等特殊效应。然而，纳米颗粒复合膜合并生长和尺寸难以控制、颗粒大小及分布不均匀等问题，限制了纳米颗粒复合膜磁性的进一步提高。因此，需要开发新的制备方法通过复合膜中纳米颗粒的控制来提高磁性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁性纳米颗粒复合膜及其制备方法。本发明所制备的磁性纳米颗粒复合膜能够控制纳米颗粒的合并生长、颗粒大小及分布均匀性等，从而在颗粒细化的同时实现磁性的提高。使用此发明所制备的复合膜特别适用于数字化电子工业和通信技术领域的电子元器件。

一种磁性纳米颗粒复合膜，所述复合膜由磁性层和绝缘层连续交替沉积而成，复合膜厚度为15～100nm；

所述磁性层是由尺寸均一的磁性颗粒均匀嵌入绝缘介质中形成的层膜，所述磁性颗粒成分为Fe或Fe-Ni，磁性颗粒体积分数为80～95％，磁性颗粒的直径为1～20nm，磁性层厚度为1～20nm；

所述绝缘层是由绝缘介质组成，厚度为0.1～10nm。

本发明中磁性层由绝缘介质SiO包裹磁性颗粒，磁性颗粒在磁性层中的绝缘介质中整齐排布。

本发明中磁性颗粒是尺寸均一的，即磁性层中的磁性颗粒尺寸分布集中，变化范围为磁性颗粒尺寸的1～2％。

优选地，所述Fe-Ni为Fe₂₀Ni₈₀。

优选地，所述绝缘介质为SiO。

本发明的另一目的是提供一种磁性纳米颗粒复合膜的制备方法，包括以下步骤：以预处理的石英片或单晶硅片为基片；以金属颗粒和SiO颗粒为原料沉积复合膜，所述金属颗粒和SiO颗粒直径为1～3mm、纯度≥99.99％，所述金属颗粒为Fe或Fe-Ni颗粒；沉积参数：镀膜室的真空度优于或等于5.0×10^-5Pa，分子束蒸发源温度900～1600℃，样品台温度25～500℃；磁性层与绝缘层连续交替沉积至复合膜厚度为15～100nm；