[发明专利]一种产生相反地磁化的磁结构的方法

说明书

提供了一种在基板材料内或基板材料上产生磁结构的方法。在基板材料内或上生成第一数量的腔，并用表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第一布置。在基板材料内或上产生第二数量的腔，并用表现出小于第一矫顽场强度的第二矫顽场强度的第二硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第二布置。利用第一磁场在第一方向上磁化硬磁结构的第一布置和第二布置，第一磁场表现出超过第一矫顽场强度和第二矫顽场强度的场强度。利用第二磁场在不同于第一方向的第二方向上磁化硬磁结构的第二布置，第二磁场表现出低于第一矫顽场强度但超过第二矫顽场强度的场强度。磁化硬磁结构的第二布置包括将硬磁结构的第一布置和第二布置暴露于第二磁场。

技术领域

本发明报告描述了一种在平面基板上相反地磁化永磁材料微结构的方法。本申请涉及微型永磁布置的选择性磁化。

背景技术

基于具有不同磁取向的结构的永磁布置对于许多技术装置来说是非常重要的。人们对能够将在常规技术领域已经确立的解决方案也应用到微系统上有着广泛的兴趣。

这样做的第一个先决条件是，半导体和/或MEMS技术的典型基板上的硬磁结构或微结构可以由硅和/或玻璃产生。

第二个先决条件是，相邻的磁体或微磁体可以按照需要在不同的方向上被磁化，或者可以被相反地磁化。由于基板上可能有数百或数千个MEMS部件，其中的每个部件可能包含几个硬磁微结构，例如，在生产常规磁性标尺中常见的连续磁化将太耗时。

此外，可以通过当前可用的装置实施的最小可能周期，即所谓的间距，达到0.5毫米。人们可以假设，在许多应用情况下，微磁体的尺寸和它们之间的距离可以明显更小。已经有几种生产磁结构或微磁结构的方法，其中一些将在下面列出。

·例如，基于激光的材料加工已经允许长时间以高精度生产复杂形状的三维部件。通过交错的、单独磁化的梳实施周期为250μm的相反磁化标尺是完全可能的。各个梳的生产是通过对300μm厚的SmCo薄膜进行激光加工来实现的。

·此外，例如，在所谓的“热磁图案化”中，由硬磁材料制成的均匀预磁化层通过例如模板或掩模由激光局部加热，并且通过同时施加的相反磁场在那些区域中被相反磁化。以这种方式，由大小为50×50μm²的相反磁化的正方形组成的方格图案可以例如在硅基板上的厚度为4μm的NdFeB层中产生。由于NdFeB层本身内或穿过基板的热传导，相反磁化区域的深度被限制在几微米。

·在热磁图案化的一种变型中，例如，将厚的NdFeB片结合到玻璃基板上，以预先限定的图案锯切到玻璃，然后在其整个表面上磁化。随后，通过使用激光的选择性加热，各个像素和/或线被相反地磁化。所需的磁场由直接相邻的NdFeB结构提供。

·不需要加热图案。当使用具有高磁导率的软磁材料的模板或掩模时，也可以在硬磁层内产生磁性图案，而无需加热。所施加的相反磁场在掩模脊内被放大到一定程度，使得位于下面的硬磁层的区域被相反地磁化。这种方法仅限于包含低剩磁和矫顽场强度的层。

热磁图案化的上述变型将最适合于MEMS，因为由此产生的微磁体由于材料和相对较大的体积而确保了较大的力。然而，集成到MEMS生产工艺中仍未解决。该方法使得仅非常弱的微磁体不适用于MEMS致动器。此外，在这些情况下，如果硬磁层必须被图案化，集成到MEMS生产工艺中也是有问题的。由于高成本和/或批量加工方面的不兼容性，常规的激光加工往往不适合MEMS。

然而，基于通过原子层沉积(ALD)的粉末附聚的技术方法能够在硅和玻璃基板上产生高性能磁体或微磁体，其与MEMS和半导体加工的标准工艺兼容。该方法将在下文中描述。

最初，在基板内形成腔或微腔。随后，用松散的粉末或颗粒填充微腔，粉末或颗粒的大小以微米为单位。此后，将基板暴露于ALD，在此过程中，微腔内最初松散的颗粒附聚形成机械上坚固的多孔微结构。对于例如由硅基板上的NdFeB粉末制造的这种结构，已经证实具有高再现性的优异磁性。磁体或微磁体和/或微磁体的磁场都平行对准。