[发明专利]一种高磁性能FeGaB磁电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高磁性能FeGaB磁电薄膜的制备方法，属于磁电薄膜材料技术领域，以FeGa靶材和B靶材为原材料，使用脉冲激光沉积方法，由FeGa靶材和B靶材交替沉积获得，本发明制得的薄膜具有结晶程度高，矫顽力低，粗糙度小的优点，从而能够满足后续的新式磁电器件应用需求，提高后续制作的磁致伸缩/压电器件的磁致伸缩能力和磁电耦合系数，满足应用条件。

技术领域

本发明涉及磁电薄膜材料技术领域，尤其涉及一种高磁性能FeGaB磁电薄膜及其制备方法。

背景技术

集成化、高频化是未来磁性器件的发展方向。目前大部分磁性器件是使用块状材料的分立型元件，在设计、制备中占据很大的空间。磁电耦合薄膜由磁致伸缩薄膜和压电薄膜组成，由其磁-机-电动态耦合特性产生的工作模式，可以在室温产生十分显著的磁电响应，为新型磁性器件的微纳集成化提供了更多的设计空间。

磁致伸缩材料中，FeGa材料具有矫顽力低、饱和磁感应强度较高、饱和磁致伸缩系数较大的特点，在FeGa材料中添加B元素，得到的FeGaB薄膜不仅可以改善FeGa合金的力学性能，而且可以显著优化材料的软磁性能，尤其适合高频、弱磁场下的谐振应用。

现有技术中，一般使用共溅射（FeGa靶材和B靶材一起溅射）的磁控系统，如中国专利申请CN 111334766 A、CN 110777342 A等。现有的这种磁控共溅射的制备方法，存在的缺点包括：薄膜制备中受环境（电压不稳定、充Ar气流量不稳定、辉光互相影响等）因素影响较大，制作的FeGaB薄膜中，FeGa和B元素的原子比无法稳定固定，影响成膜质量，制作的FeGaB薄膜结晶程度差，大颗粒多，矫顽力高。具体而言，典型的采用磁控共溅射方法制得的FeGaB薄膜的SEM照片如图1所示，其晶粒尺寸达到了150nm，磁滞回线如图2所示，其矫顽力达到300 Oe，采用原子力显微镜进行薄膜表面粗糙度测试结果如图3所示，粗糙度达3.751nm。

因此，现有技术不能满足高磁致伸缩FeGaB薄膜制备的要求：膜层结晶度高、矫顽力低、粗糙度小、线宽低的优秀磁性能。

发明内容

本发明的目的，就在于提供一种高磁性能FeGaB磁电薄膜，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种高磁性能FeGaB磁电薄膜的制备方法，以FeGa靶材和B靶材为原材料，使用脉冲激光沉积（PLD）方法，由FeGa靶材和B靶材交替沉积获得。

本发明采用特殊的脉冲激光沉积方法，相比于现有的磁控溅射沉积薄膜，脉冲激光沉积在工作中不需要通入反应气体，可在超高真空度下生长薄膜，采用本发明的PLD制备的薄膜具有薄膜成分与靶材成分偏析性小、薄膜成膜结晶致密，成膜效果好、矫顽力低小等优点。

作为优选的技术方案，所述交替沉积方法为：每轮先所述FeGa靶材打靶60-75次，然后所述B靶材打靶20-26次。

作为进一步优选的技术方案，所述交替沉积方法为：每轮先所述FeGa靶材打靶75次，然后所述B靶材打靶26次。

作为优选的技术方案：所述脉冲激光沉积的工作气体为KrF。

作为优选的技术方案：所述脉冲激光沉积过程中，样品自转速率95-100 °/s，靶材自转速率25-35°/s。

作为进一步优选的技术方案：所述脉冲激光沉积过程中，样品自转速率97 °/s，靶材自转速率31°/s

作为进优选的技术方案：所述脉冲激光沉积过程中，激光频率5-10 Hz，激光能量60-75 mJ。

作为进一步优选的技术方案：所述脉冲激光沉积过程中，激光频率10 Hz，激光能量75 mJ。