专利名称：一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于永磁薄膜技术领域，尤其涉及一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法，在磁性微电子机械系统(Mag-MEMS)中具有良好的应用前景。
背景技术：
永磁块体材料已得到了很广泛的应用，但随着器械尺寸的降低，在微米和纳米器械中块体材料就不再适用，这时候就需要永磁薄膜。永磁薄膜在磁性微电子机械系统(MEMS)和磁记录等方面具有重要而广泛的应用前景。而其中磁性MEMS是永磁薄膜最重要的应用领域。MEMS是利用微电子技术和精密机械加工技术，集微电子与机械为一体的系统。它是新近发展起来的多学科交叉的、全新的研究领域，在航空、航天、汽车工业、医药、军事、通讯等高新技术领域具有非常广阔的应用前景。基于电磁相互作用的磁性MEMS开始并不被人们看好，但近几年的研究表明，因为尺寸的降低，与基于压电、静电相互作用的MEMS相 比具有很大的优越性，如磁性MEMS作用力大，稳定性好，可实现远程控制，对使用环境要求低，能量转换效率高等优点。所以，对磁性MEMS的研究近年来受到人们很大的重视。制备磁性MEMS的关键材料是永磁薄膜。磁性MEMS —般需要较厚的永磁薄膜(500纳米 10微米)。Nd-Fe-B和Sm-Co是非常重要，应用非常广泛的稀土永磁材料。Sm-Co永磁薄膜材料，虽然其常温下磁能积不如Nd-Fe-B高，但其具有很高的居里温度，在耐腐蚀性等方面也比Nd-Fe-B好，所以Sm-Co基永磁薄膜也有很重要的应用。薄膜和基片间的附着力是衡量薄膜品质好坏的一个重要因素。附着力好的薄膜可靠性高，使用寿命也相对较长。而膜基之间的结合力较差会导致薄膜的稳定性差，薄膜容易脱落。因此改善薄膜的附着力对薄膜的应用至关重要。用于磁性MEMS的永磁薄膜通常采用Si材料做基片，这样易与集成电路相集成。在这里缓冲层的选择非常重要。缓冲层可以阻止膜材料和基片间的原子扩散，使薄膜保持原有成分和性能。缓冲层也会对薄膜的性能和质量有很大的影响。在薄膜制备和使用过程中，薄膜的温度会改变，有时需要高温退火，如果薄膜材料与基片材料的热膨胀系数、晶格配比相差较大，在薄膜中会产生较大应力，如果薄膜附着力不理想，严重者薄膜会直接从基片上脱落。在已研究的Sm-Co基永磁薄膜材料中，薄薄膜研究的较多，厚度一般在几纳米至几百纳米之间，而对于微米量级的薄膜研究的相对较少。对于较薄的薄膜人们一般采用铬做缓冲层，实验已证实用铬做缓冲层制备的Sm-Co基薄膜有较好的结合力。但对于厚度达到微米级的Sm-Co基薄膜，由于薄膜太厚，在基片升温过程中，热应力增加，对于用铬作缓冲层沉积在Si基片上的Sm-Co基薄膜，当基片温度升高到750° C或更高温度时，薄膜会出现脱落现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜及其制备方法，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为微米量级，与基底材料间的附着力强，在750°C高温退火处理后仍然未脱离基底材料。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜，该基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间是缓冲层，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为0. Ium IOOum,该缓冲层是鹤薄膜层,其厚度为10 200nm。作为优选，该Sm-Co基永磁薄膜厚度为Ium 10um。作为优选，该缓冲层厚度为20 lOOnm。实验证实，用现有的铬薄膜层作为基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间的缓冲层时，当Sm-Co基永磁薄膜厚度达到微米量级时，其在基底材料表面的附着力降低，经过750°C退火处理后，该Sm-Co基永磁薄膜出现严重脱落现象。而本发明中，以钨薄膜层作为基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间的缓冲层，当Sm-Co基永磁薄膜厚度达到微米量级时，Sm-Co基永磁薄膜在基底材料表面的附着力仍然良好，经过750°C退火处理后，该Sm-Co基 永磁薄膜质量也仍然良好，并未出现脱落现象。因此，本发明提供的具有钨缓冲层的微米量级Sm-Co基永磁薄膜具有更加广阔的应用前景,有效解决了微米量级Sm-Co基永磁薄膜与基底材料附着力差，高温处理易脱落的问题。本发明还提供了一种上述具有钨缓冲层的微米量级Sm-C0基永磁薄膜的制备方法，包括如下步骤步骤I :采用磁控溅射技术，以高纯钨靶为缓冲层靶材，在基底材料表面溅射沉积缓冲层；步骤2 :采用磁控溅射技术，以Sm-Co基复合材料为靶材，在缓冲层表面溅射沉积Sm-Co基永磁薄膜。作为优选，该溅射沉积温度为25°C 400°C。
图I是对比实施例I中制备得到的具有Cr缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在750°C条件下退火30min后的情形图；图2是本发明实施例I中制备得到的具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在750°C条件下退火30min后的情形图；图3是本发明实施例I中制备得到的具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在750°C条件下退火30min后的截面形貌扫描电镜。
具体实施例方式以下将结合实施例对本发明做进一步详细说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。对比实施例I :本实施例中，基底材料材料选用基片Si-0/Si (100)，基底材料表面是厚度为50nm的Cr缓冲层，Cr缓冲层表面是厚度为5um的Sm-Co基永磁薄膜。上述具有Cr缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜的制备方法如下采用磁控溅射，以高纯Ar气作为工作气体，本底真空优于6. OX 10_6Pa，溅射温度为室温，溅射气压为0. 5Pa ;以纯度为99. 99%的Cr靶为Cr缓冲层靶材，在基片Si-0/Si(100)表面溅射沉积Cr缓冲层，Cr靶功率为50W，溅射速率是6. 05nm/min,约溅射8分钟，溅射沉积得到Cr缓冲层；以Sm (Co, Cu, Fe, Zr) x复合靶为Sm-Co基永磁薄膜的溅射靶材，在Cr缓冲层表面溅射，溅射功率是165W，溅射速率为37. 8nm/min，溅射60分钟，得到Sm-Co基
永磁薄膜层。将上述制备得到的具有Cr缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在原位750°C条件下退火处理30min，如图I所示，Sm-Co基永磁薄膜出现严重脱落现象。实施例I :本实施例中，基底材料材料选用基片Si-0/Si (100)，基底材料表面是厚度为50nm的钨缓冲层，钨缓冲层表面是厚度为5um的Sm-Co基永磁薄膜。上述具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜的制备方法如下 采用磁控溅射，以高纯Ar气作为工作气体，本底真空优于6. OX 10_6Pa，溅射温度为室温，溅射气压为0. 5Pa ;以纯度为99. 99%的钨靶为钨缓冲层靶材，在基片Si-0/Si(100)表面溅射沉积钨缓冲层，钨靶功率为50W，溅射速率是8. 05nm/min,约溅射6分钟，溅射沉积得到钨缓冲层；以Sm(Co，Cu, Fe, Zr)x复合靶为Sm-Co基永磁薄膜的溅射靶材，在W缓冲层表面溅射，溅射功率是165W，溅射速率为37. 8nm/min,溅射60分钟，得到Sm-Co基永磁薄膜层。将上述制备得到的具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在原位750°C条件下退火处理30min,如图2所示，Sm-Co基永磁薄膜质量都很好,未出现脱落现象，观察该Sm-Co基永磁薄膜的截面形貌扫描电镜，如图3所示，可以看到Sm-Co基永磁薄膜的厚度为5微米，钨缓冲层与基片紧密的结合在一起，而Sm-Co基永磁薄膜很好的生长在钨缓冲层上，薄膜未出现脱落现象。继续退火处理直至5h，Sm-Co基永磁薄膜质量仍然很好，始终未出现脱落现象。实施例2本实施例中，基底材料材料选用基片Si-0/Si (100)，基底材料表面是厚度为170nm的钨缓冲层，钨缓冲层表面是厚度为5um的Sm-Co基永磁薄膜。上述具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜的制备方法如下采用磁控溅射，以高纯Ar气作为工作气体，本底真空优于6. OX 10_6Pa，溅射温度为室温，溅射气压为0. 5Pa ;以纯度为99. 99%的钨靶为钨缓冲层靶材，在基片Si-0/Si(100)表面溅射沉积钨缓冲层，钨靶功率为50W，溅射速率是8. 05nm/min，约溅射20分钟，溅射沉积得到钨缓冲层；以Sm (Co，Cu, Fe, Zr) x复合靶为Sm-Co基永磁薄膜的溅射靶材，在钨缓冲层表面溅射，溅射功率是165W，溅射速率为37. 8nm/min，溅射60分钟，得到Sm-Co基永磁薄膜层。将上述制备得到的具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜在原位750°C条件下退火处理30min，类似图2所示，Sm-Co基永磁薄膜质量都很好，未出现脱落现象，观察该Sm-Co基永磁薄膜的截面形貌扫描电镜，类似图3所示，可以看到Sm-Co基永磁薄膜的厚度为5微米，钨缓冲层与基片紧密的结合在一起，而Sm-Co基永磁薄膜很好的生长在钨缓冲层上，薄膜未出现脱落现象。继续退火处理直至5h，Sm-Co基永磁薄膜质量仍然很好，始终未出现脱落现象。以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做 的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基底材料表面的Sm-C0基永磁薄膜，所述的基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间是缓冲层，其特征是所述的Sm-Co基永磁薄膜厚度为O. Ium lOOum，所述的缓冲层是钨薄膜层，其厚度为IOnm 200nm。
2.如权利要求I所述的基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜，其特征是所述的Sm-Co基永磁薄膜厚度为Ium 10um。
3.如权利要求I所述的基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜，其特征是所述的缓冲层厚度为20 lOOnm。
4.如权利要求I至3中任一权利要求所述的基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜的制备方法，其特征是包括如下步骤 步骤I :采用磁控溅射技术，以高纯钨靶为缓冲层靶材，在基底材料表面溅射沉积缓冲层； 步骤2 :采用磁控溅射技术，以Sm-Co基复合材料为靶材，在缓冲层表面溅射沉积Sm-Co基永磁薄膜。
5.如权利要求4所述的基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜的制备方法，其特征是所述的溅射沉积温度为25°C 400°C。
全文摘要
本发明提供了一种基底材料表面的Sm-Co基永磁薄膜，所述的基底材料与Sm-Co基永磁薄膜之间是缓冲层，所述的Sm-Co基永磁薄膜厚度为0.1um～100um，所述的缓冲层是钨薄膜层，其厚度为10nm～200nm。与现有技术中所采用的铬作为缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜相比，本发明提供的具有钨缓冲层的Sm-Co基永磁薄膜具有薄膜质量好，与基底材料表面的附着力强，经过800℃高温退火处理后，薄膜不脱落，具有良好的应用前景。
文档编号H01F41/18GK102800457SQ20121020014
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者张昀, 张健, 刘平, 闫阿儒 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所