[发明专利]基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法

说明书

本发明提供一种基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，包括：解理氟金云母，得到氟金云母衬底，其中，氟金云母衬底包括F‑Mica(001)，氟金云母衬底的新鲜解理面用于外延生长；将氟金云母衬底置于磁控溅射仪的沉积室内；采用射频磁控溅射方式将金属元素沉积到新鲜解理面上，其中，射频磁控溅射时沉积室内温度为600～700℃。本发明操作方法简单，易于实现大面积生长制备；将柔性自支撑铁磁性金属薄膜外延生长在氟金云母衬底上，衬底与薄膜之间只存在弱的范德瓦尔斯相互作用，晶格失配对单晶薄膜质量的影响大大降低，能得到高质量的单晶铁磁性金属薄膜。

技术领域

本发明涉及一种基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法。

背景技术

由于人工智能、物联网和机器人等技术的出现，人类的生活方式正在发生改变，人们探索了各种材料，设计和制造了不同的电子元件，以满足物联网技术和机器人行业的发展需求。尤其是柔性功能材料在柔性可穿戴电子器件的制造和设计中起着至关重要的作用。人们对于柔性电子器件进行了大量的研究，包括柔性压电传感器、柔性磁传感器、柔性光电器件等。其中，金属磁性薄膜是磁存储、磁传感器和微波器件等的重要组成部分。铁磁性金属薄膜广泛应用于磁记录介质、传感器等领域。铁磁和反铁磁之间的界面交换耦合是自旋阀工作的关键因素，这种耦合与层界面的结构和形态特性密切相关。此外，铁磁性金属薄膜的结构基本上是多晶的，因此，无论是基础研究还是技术应用，制备高质量单晶低维铁磁性金属薄膜都是十分重要的。

对于制备铁磁性金属薄膜而言，高质量外延制备的主要限制来自于薄膜与衬底之间的晶格匹配关系。在目前相关技术中，外延制备铁磁性金属薄膜多生长在TiN、MgO等刚性衬底上，无法满足柔性电子器件的需求。因此，有必要制备柔性自支撑铁磁性金属薄膜。

发明内容

针对上述问题，对于制备铁磁性金属薄膜而言，高质量外延制备的主要限制来自于薄膜与衬底之间的晶格匹配关系。在范德瓦尔斯外延系统中，衬底与生长材料之间只存在弱的范德瓦尔斯相互作用，这使得衬底和生长材料之间的晶格常数和晶体结构差异对材料生长的影响变小，从而可以成功制备单晶薄膜。云母具有原子级光滑表面、高热稳定性、化学惰性、机械抗疲劳性等特点，是一种适合范德瓦尔斯外延的柔性衬底。氟金云母衬底耐高温可达1000℃，更是一种适合范德瓦尔斯外延的柔性衬底。

本发明提供一种制备柔性自支撑铁磁性金属薄膜的方法，基于范德瓦尔斯外延，在氟金云母衬底上外延制备柔性铁磁性金属薄膜。

本发明提供一种基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，包括：解理氟金云母，得到氟金云母衬底，其中，氟金云母衬底包括F-Mica(001)，氟金云母衬底的新鲜解理面用于外延生长；将氟金云母衬底置于磁控溅射仪的沉积室内；采用射频磁控溅射方式将金属元素沉积到新鲜解理面上，其中，射频磁控溅射时沉积室内温度为600～700℃。

进一步地，本发明的基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，解理氟金云母采用机械剥离的方法，以保证外延生长的顺利进行。

进一步地，本发明的基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，采用射频磁控溅射方式将金属元素沉积到新鲜解理面上之前，还包括将氟金云母衬底加热至预设温度。

进一步地，本发明的基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，将金属元素沉积到新鲜解理面上包括：以铁磁性金属为靶材，在氟金云母衬底上沉积金属元素，得到铁磁性金属薄膜。

进一步地，本发明的基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，将金属元素沉积到新鲜解理面上包括：射频磁控溅射时在沉积室内通入氩气，氩气流量范围为0～100sccm。

进一步地，本发明的基于范德瓦尔斯外延制备柔性铁磁性金属薄膜的方法，将金属元素沉积到新鲜解理面上包括：使用高能粒子或高能脉冲辐射冲击金属靶材，以使靶材中的金属元素沉积在新鲜解理面上。

本发明具有如下有益效果：