一种光学模铁磁共振增强的多层膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及软磁薄膜材料技术领域，特别是涉及一种光学模铁磁共振增强的多层 膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铁磁共振是铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频率的微波磁场中，当满足一 定条件时，产生强烈吸收共振的现象，其属于微波软磁材料的一种基本物理现象，利用铁磁 共振现象做成的各种微波器件在通讯、信息、航空航天、军事等领域得到了广泛的应用。
[0003] 其中，微波软磁材料的铁磁共振频率决定了微波器件的上限频率，随着科技的发 展，微波器件的上限频率要求越来越高，相应地，对微波软磁材料的铁磁共振频率要求也越 来越高。
[0004] 微波软磁材料的共振频率主要包括声学模共振频率和光学模共振频率。现有技术 中，微波软磁材料的声学模共振频率在微波器件中得到了较好地应用，但目前依靠提高声 学模共振频率来获得更高的铁磁共振频率已经越来越困难;在多层膜体系，光学模共振频 率一般高于声学模，但由于光学模的磁导率较低，没有得到实际应用。因此，如何在发挥光 学模高铁磁共振频率特性的基础上，提高其磁导率，达到实用化程度，成为亟待解决的问 题。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例中提供了一种光学模铁磁共振增强的多层膜及其制备方法，基于光 学模铁磁共振，来解决现有技术中提高微波软磁材料的铁磁共振频率和提高磁导率的问 题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
[0007] -种光学模铁磁共振增强的多层膜，包括第一单轴磁各向异性层、非磁性隔离层 和第二单轴磁各向异性层，所述非磁性隔离层夹设在所述第一单轴磁各向异性层和所述第 二单轴磁各向异性层之间，所述第一单轴磁各向异性层和所述第二单轴磁各向异性层的易 磁化轴方向一致，所述非磁性隔离层的厚度配置为使所述第一单轴磁各向异性层和所述第 二单轴磁各向异性层反铁磁耦合。
[0008] 优选地，所述第一单轴磁各向异性层和所述第二单轴磁各向异性层的厚度相同。
[0009] 优选地，所述第一单轴磁各向异性层和/或所述第二单轴磁各向异性层的厚度为 50-1000 A"
[0010] 优选地，所述第一单轴磁各向异性层和/或所述第二单轴磁各向异性层包括铁磁 元素和掺杂元素，所述铁磁元素呈均匀分布，所述掺杂元素沿一方向呈梯度分布。
[0011]优选地，所述铁磁元素包括Fe、Ni、Co中的一种或一种以上的组合。
[0012] 优选地，所述掺杂元素包括非金属元素、金属元素和/或氧化物中的组合元素。
[0013] 优选地，所述掺杂元素中的非金属元素包括心(：、10、51中的一种或一种以上的组 合;所述掺杂元素中的金属元素包括Hf、21'、六1、他、13、1?11、￥、]\1〇、￥、0中的一种或一种以上 的组合；所述掺杂元素中的氧化物包括Al203、Mg0、Zr02、Zn0、Hf02、Si02、Ti02、Ta205、V205、 Nd2〇3、Cr2〇3、（Ba，Sr)Ti03中的一种或一种以上的组合。
[0014]优选地，所述非磁性隔离层包括金属和/或氧化物。
[0015] 优选地，所述非磁性隔离层中的金属包括1?11、13、411、!^、0、他中的一种或一种以 上的组合;所述非磁性隔离层中的氧化物包括A12〇3、MgO、Si02中的一种或一种以上的组合。
[0016] -种光学模铁磁共振增强的多层膜的制备方法，采用真空磁控溅射仪，所述方法 包括：
[0017] 步骤S100:在衬底上溅射第一单轴磁各向异性层；
[0018] 步骤S200:在所述第一单轴磁各向异性层上均匀溅射一定厚度的非磁性隔离层；
[0019] 步骤S300:在所述非磁性隔离层上溅射与所述第一单轴磁各向异性层的易磁化轴 方向一致的第二单轴磁各向异性层，且非磁性隔离层的厚度配置为使所述第一单轴磁各向 异性层和所述第二单轴磁各向异性层之间满足反铁磁耦合。
[0020] 由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜中 第一单轴磁各向异性层和第二单轴磁各向异性层的单轴磁各向异性保证了两单轴磁各向 异性层在零偏执磁场下仍能沿着内生磁各向异性场保持磁损耗较小的铁磁共振;另外，第 一单轴磁各向异性层和第二单轴磁各向异性层的反铁磁耦合作用，一方面使得具有相同易 磁化轴方向的两单轴磁各向异性层的磁矩分别沿着相反方向的有效磁场进动，从而造成位 相相反的两层单轴磁各向异性层的光学模铁磁共振振幅正叠加增强，从而提高磁导率;另 一方面，强烈的反铁磁耦合场施加到进动的磁矩上，使得铁磁共振多层膜的光学模共振频 率大幅提尚。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而 言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜结构示意图一；
[0023] 图2为本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜结构示意图二；
[0024] 图3为本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜中光学模叠加示意 图；
[0025]图4为图3中光学_旲置加不意图的俯视图；
[0026]图5为本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜中声学模叠加示意 图；
[0027]图6为图4中声学_旲置加不意图的俯视图；
[0028] 图7为本发明实施例提供的一种光学模铁磁共振增强的多层膜的制备方法流程示 意图；
[0029] 图8为本发明实施例中单轴磁各向异性层溅射示意图；
[0030] 图9为本发明实施例中非磁性隔离层溅射示意图；
[0031 ]图1-图9中的符号表示为：1-第一单轴磁各向异性层，2-非磁性隔离层，3-第二单 轴磁各向异性层，4-圆形转盘，51-铁磁母材料革E，52-掺杂元素革E，53-非磁性隔离层派射 革巴，6-衬底。
【具体实施方式】
[0032]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护 的范围。
[0033]为了将微波软磁材料的光学模共振频率和磁导率开发利用，并使其达到实用化程 度，本发明实施例提供了一种光学模铁磁共振增强的多层膜。图1为本发明实施例提供的一 种光学模铁磁共振增强的多层膜结构示意图一，图2为本发明实施例提供的一种光学模铁 磁共振增强的多层膜结构示意图二，如图1并结合图2所示，本发明实施例提供的一种光学 模铁磁共振增强的多层膜包括第一单轴磁各向异性层1、非磁性隔离层2和第二单轴磁各向 异性层3,非磁性隔离层2夹设在第一单轴磁各向异性层1和第二单轴磁各向异性层3之间， 且第一单轴磁各向异性层1和第二单轴磁各向异性层3的易磁化轴方向一致(如图1中的箭 头表示方向），磁矩取向相反（图2中的箭头表示方向）。其中，第一单轴磁各向异性层1和第 二单轴磁各向异性层3的单轴磁各向异性保证了两单轴磁各向异性层在零磁场下仍能沿着 内生磁各向异性场保持磁损耗较小的铁磁共振。
[0034] 另外，控制非磁性隔离层2至恰当的厚度使得第一单轴磁各向异性层1和第二单轴 磁各向异性层3相互反铁磁耦合。在本发明实施例中，非磁性隔离层2的厚度选择1-300A中 可以满足第一单轴磁各向异性层1和第二单轴磁各向异性层3相互反铁磁耦合条件的任一 厚度。也就是说，本领域的技术人员可以根据实际需要在该范围内对非磁性隔离层2的厚度 进行相应选择，例如，10A、1&A或30I:等，只要该厚度使得第一单轴磁各向异性层1和 第二单轴磁各向异性层3反铁磁耦合，其均应当落入本发明的保护范围之内。鉴于非磁性隔 离层2的厚度与第一单轴磁各向异性层1及第二单轴磁各向异性层3的材质和厚度均相关， 无法给出统一的数值，但其反铁磁耦合情况可以通过磁滞回线测量来确定。
[0035]在本发明实施例中，第一单轴磁各向异性层1和第二单轴磁各向异性层3的反铁磁 耦合作用，一方面使得具有相同易磁化轴方向的两单轴磁各向异性层的磁矩分别沿着相反 方向的有效磁场进动，从而造成位相相反的两层单轴磁各向异性层的光学模铁磁共振振幅 正叠加增强，从而提高磁导率;另一方面，强烈的反铁磁耦合场施加到进动的磁矩上，使得 铁磁共振多层膜的光学模共振频率大幅提高，使微波软磁材料的光学模达到实用化的程 度。
[0036]为了便于本领域的技术人员更好地理解本发明实施例提供的光学模铁磁共振增 强的多层膜中光学