一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法技术

一种提高NiFe薄膜应用频率的制备方法，属于薄膜制备技术领域。包括：1)清洗衬底；2)衬底固定在样品架上，所述衬底与样品架呈θ角，并且在衬底上施加磁场；3)利用高真空电子束蒸发系统，在背底真空为1.3

【技术实现步骤摘要】
一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜制备
，具体涉及一种提高NiFe薄膜应用频率的制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息时代的到来，特别是5G技术的飞速发展，展示出电子信息技术日新月异的巨大变革。磁性器件作为许多领域(例如微波和射频，电磁屏蔽，磁传感器)必不可少的元件，也必然要朝着集成化和高频化发展。目前，集成电路的发展迅速，电子元器件遵循摩尔定律不断升级换代，除了小型化、集成化，还朝着平面化、高稳定性、高精度、低损耗的方向发展。磁性器件由于其自身的特点，还未能完全实现集成，因此减小磁性器件体积，降低成本，并且能够实现完全集成是发展的大趋势，由此对高频软磁薄膜材料提出了更高的要求。在各种应用场景中，要求磁性器件具有小型化、高频化和集成化的特点，而磁性金属薄膜由于制备工艺成熟，且能够与半导体工艺兼容，成为研究的热点。
[0003]考虑到高频磁性器件的实际需求和性能要求，磁性薄膜需要具备的基本条件有两个，分别为在工作频率的范围内有较高的磁导率和能够与集成电路工艺兼容。对于软磁金属薄膜，能够用多种方法沉积在各种衬底上，实现与半导体工艺兼容。对于工作频率内具有较高的磁导率可以分为以下要求：(1)高的饱和磁化强度M
s
，其影响薄膜的共振频率和磁导率；(2)高的电阻率ρ，它与电子元器件的涡流损耗有关，影响器件的实际使用效率；(3)合适的各向异性场H
k
，保证薄膜正常工作频率范围和所需要的磁导率。
[0004]本质上，磁性器件的应用频率(或者工作频率)主要与材料的饱和磁化强度、磁导率和共振频率直接关联。受Snoek极限关系约束，传统技术和方法制备的磁性薄膜，其应用频率的提升很难达到千兆赫兹，进而制约了该频段范围内高频集成器件的发展。除了提高材料的饱和磁化强度外，常见的提高薄膜共振频率的方法有：(1)在薄膜沉积的过程中施加静磁场，诱导薄膜磁各向异性；(2)采用薄膜图形化工艺，调控薄膜形状各向异性；(3)利用表面具有褶皱的衬底，由于其表面磁荷机制，调控薄膜的磁各向异性。
[0005]Y.Ren(Y.Ren,X.Li,Y.Wang,et al.Patterned FeNi soft magnetic strips film with tunable resonance frequency from 1to 10.6GHz.Scientific Reports,2016,6.1:1
‑
7.)利用薄膜图形化工艺调控薄膜各向异性，将NiFe薄膜的共振频率提高至10.6GHz，但磁导率偏低(<250)。Y.Zhang(Y.Zhang,Y.Ren,J.Lv,et al.Tunable high
‑
frequency magnetic properties of NiFe films on triangular wave
‑
like surface of Al2O
3 substrate[J].Chemical Physics Letters,2020,749:137411.)利用周期性三角波结构Al2O3衬底沉积NiFe薄膜，利用磁荷机制引入各向异性，进而调控薄膜的应用频率，虽然共振频率达到5.4GHz，但是磁导率小于250。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种提高薄膜应用频率的
薄膜制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、清洗衬底，晾干备用；
[0010]步骤2、将靶材放入真空室，衬底一端固定在样品架上，另一端翘起使衬底与样品架呈θ角，并且在衬底上施加磁场，大小为104～230Oe、方向与固定在样品架上的衬底边缘平行；
[0011]步骤3、利用高真空电子束蒸发系统，在背底真空为1.3
×
10
‑4Pa～2.0
×
10
‑4Pa、预熔料时电子枪电流为30mA～40mA、电压为10kV的条件下预熔料4～5min；预熔料结束后，设置蒸镀速率为0.1nm/s～0.7nm/s，在衬底上沉积软磁薄膜。
[0012]进一步地，所述软磁薄膜为NiFe薄膜、FeCoN薄膜或FeCoB薄膜等。
[0013]进一步地，所述衬底为Si、Si/SiO2、玻璃等。
[0014]进一步地，所述θ角可以根据实际需求进行调节，具体为5
°
～30
°
。
[0015]进一步地，步骤2中，施加外磁场采用永磁体的方式，磁场的大小为104Oe～230Oe。
[0016]优选地，步骤3中，蒸镀速率为0.1nm/s～0.3nm/s。
[0017]进一步地，步骤3中，得到的软磁薄膜的厚度为50～200nm。
[0018]本专利技术提供的一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，在薄膜沉积过程中引入倾斜角(衬底倾斜放置)，在薄膜生长初期，沉积的小晶粒作为下一步生长的核随机分布在基板上，随着晶粒进一步长大形成二维链状结构；由于自遮蔽效应，生长中的微晶链遮蔽了部分衬底，导致蒸发的金属蒸汽无法扩散到被遮蔽的部分，进而形成形状各向异性，使得沉积得到的磁性薄膜产生形状各向异性。另外，在薄膜沉积过程中施加外磁场，使磁性薄膜的磁矩倾向于沿着外磁场方向排列，出现沿着外磁场的易磁化方向，从而诱导产生感生各向异性。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术提供的一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，得到的软磁薄膜应用频率大于1GHz(最高为1.39GHz)，并且磁导率达到1000左右，得到了同时兼顾高应用频率、高磁导率的薄膜。
附图说明
[0021]图1为本专利技术沉积薄膜采用的装置图；其中，
×
代表进入纸面；
[0022]图2为实施例3得到的NiFe薄膜的磁谱曲线；
[0023]图3为对比例得到的NiFe薄膜的磁谱曲线；其中，(a)为对比例1得到的NiFe薄膜的磁谱曲线，(b)为对比例2得到的NiFe薄膜的磁谱曲线。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。
[0025]实施例1
[0026]一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，具体包括以下步骤：
[0027]步骤1、打开电子束蒸发系统总电源及各部分开关，依次开启水冷机、机械泵、分子
泵、膜厚仪、电子枪，使设备预热；
[0028]步骤2、将尺寸为5mm
×
5mm的Si(100)衬底，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗15min，晾干待用；
[0029]步骤3、将NiFe靶材放入真空室内的水冷坩埚内，将衬底放置在样品架上，衬底一端固定在样品架上，另一端翘起使所述衬底与样品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高薄膜应用频率的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、清洗衬底，晾干备用；步骤2、将靶材放入真空室，衬底固定在样品架上，所述衬底与样品架呈θ角，并且在衬底上施加磁场；步骤3、利用高真空电子束蒸发系统，在背底真空为1.3
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‑4Pa～2.0
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‑4Pa、预熔料时电子枪电流为30mA～40mA、电压为10kV的条件下预熔料4～5min；预熔料结束后，设置蒸镀速率为0.1nm/s～0.7nm/s，在衬底上沉积软磁薄膜。2.根据权利要求1所述的提...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙科，张婧，何宗胜，余忠，邬传健，蒋晓娜，兰中文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：