[发明专利]一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法及系统

说明书

一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法及系统，包括以下步骤：步骤1，对镁铝尖晶石MAO衬底进行预处理，用于沉积薄膜；步骤2，将步骤1所得到的基底置于沉积腔内，进行锌/铝共掺杂镍铁氧体NZAFO的沉积工作。本发明采用脉冲激光沉积法在镁铝尖晶石(MAO)衬底上生长NZAFO单晶薄膜，系统研究了生长温度对其结构和磁性能的影响，有助于指导制备具有超低微波阻尼和大磁致伸缩的铁氧体薄膜。

技术领域

本发明属于铁氧体薄膜制备技术领域，特别涉及一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法及系统。

背景技术

超低阻尼磁性材料对于旨在利用电子自旋自由度的高频器件至关重要。通过自旋泵浦或自旋滤波产生纯自旋极化电流需要高性能的铁磁绝缘材料，以实现高速调制和低能耗工作。

钇铁石榴石(YIG)，阻尼参数比铁磁性金属低两到三个数量级，已被广泛应用于微波器件，包括移相器、隔离器和循环器等。然而，YIG的复杂石榴石结构严格限制了其外延薄膜生长的选择性，高质量YIG薄膜几乎完全生长在钆镓石榴石单晶基底上且需高沉积退火温度，这使得与现有技术的集成存在问题。此外，YIG的磁致伸缩较弱(3ppm)，阻碍了其在可调谐微波器件和声自旋电子学中的应用。通常超低磁阻尼需要足够小的自旋轨道耦合，而强磁致伸缩则要求较大的自旋轨道耦合，因此兼具低磁阻尼和高磁致伸缩性的铁磁绝缘体是稀缺的。

最近，具有低阻尼、低矫顽场和强磁致伸缩性能的锌/铝共掺杂镍铁氧体Ni_0.65Zn_0.35Al_0.8Fe_1.2O₄(NZAFO)引起了人们的关注，有望作为YIG的替代品应用于电场可调微波设备和声学自旋电子学中。然而，NZAFO的外延生长受到薄膜和基底晶体结构对称性差异和晶格失配等问题限制，在生长过程中会不可避免会引入一些结构缺陷。特别是，由有序阳离子和大晶胞体积组成的外延正/反尖晶石薄膜易于形成反相边界。此外，通过热处理和淬火也会引起其晶体结构偏离理想的尖晶石结构。目前所报道的各种方法制备的尖晶石铁氧体薄膜的磁阻尼参数普遍较高，限制了其在可调微波设备和自旋电子元器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对镁铝尖晶石MAO衬底进行预处理，用于沉积薄膜；

步骤2，将步骤1所得到的基底置于沉积腔内，进行锌/铝共掺杂镍铁氧体NZAFO的沉积工作。

进一步的，步骤1中预处理为：超声清洗后用氮气吹干。

进一步的，步骤1中MAO单晶基底为(001)取向的，尺寸5*5mm；衬底分别用去丙酮、乙醇、离子水超声清洗10分钟。

进一步的，步骤2具体包括：

1)将基底用银胶粘贴固定在热台，置于反应室内；

2)依次使用机械泵、分子泵分阶段将反应室抽成真空状态，在反应室内气压≤2.5×10^-4Pa时，以≤20℃/min的速率升温至薄膜生长温度，并在激光沉积薄膜的过程中维持该温度；

3)通入氧气，调节氧气流速率，直至反应室内氧气的进出速率相同，调节腔体气压至40Pa；

4)在高能量、低频率的激光脉冲下进行薄膜的制备；

5)薄膜沉积完成后，在薄膜生长温度和氧压下原位退火后降温；

6)上述步骤完成后，让薄膜在沉积腔体中自然降温冷却。