一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法。该方法选用具有各向异性热膨胀系数的衬底，首先沿热膨胀系数的绝对值较大的方向对该衬底施加一定的与热膨胀方向相反的应变，且所述的应变值大于当温度从室温下降到磁性薄膜最低工作温度时衬底所产生的应变值，在该应变保持条件下在衬底表面生长磁性薄膜，待磁性薄膜生长完毕后撤去该应变，即得到磁各向异性的磁性薄膜。随着温度的增加，该磁性薄膜材料的磁各向异性增加，即具有正磁各向异性温度系数，对于提高磁性薄膜器件的热稳定性具有重要的意义。
【专利说明】一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高频电磁器件、微波器件、磁传感器件中磁性薄膜的制备领域，尤其是 涉及一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 磁各向异性是磁性材料的一个基本参量，其大小决定了磁矩翻转需要克服的能量 势垒。随着自旋电子学的快速发展，磁性薄膜被广泛的应用于磁存储、磁传感、微波器件中， 对于信息科技的发展起着不可替代的作用。对于这些磁性薄膜器件，磁各向异性在其中发 挥了重要的作用，比如：在磁存储领域，随着磁记录密度的提高，每个磁记录单元的尺寸在 逐渐的缩小，为了克服热扰动的影响就需要增加磁记录单元的磁各向异性；在磁传感器中， 磁各向异性的大小直接决定了传感器的灵敏度和线性工作区间；在微波器件中，磁各向异 性的大小决定了共振频率的大小，进而决定了器件的工作点和工作频率范围。
[0003] 众所周知，热稳定性是上述磁性薄膜器件的基本参数，为了保证器件在一定的温 度范围内能够正常工作，器件必须具有良好的热稳定性。然而，任何物理参量都有一定的温 度依赖特性，磁各向异性也不例外。一般来说，温度的升高导致磁性薄膜的磁化强度下降， 进而导致磁各向异性降低。此外，温度的升高往往也会导致磁性薄膜矫顽力的降低。这种 磁各向异性随温度的升高而下降的现象表明磁性薄膜具有负磁各向异性温度系数。负磁各 向异性温度系数导致磁矩翻转所需克服的能量势垒降低、矫顽力降低等，不利于器件的热 稳定。
[0004] 因此，如何通过结构或者制备方法的改进，得到磁各向异性随温度的升高而保持 不变甚至提高的磁性薄膜，即该磁性薄膜具有正磁各向异性温度系数，对磁性薄膜器件的 热稳定性具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有的制备方法得到的磁性薄膜往往具有负磁各向异性温度系数的 问题，旨在提供一种磁性薄膜的制备方法，利用该方法能够得到具有正磁各向异性温度系 数的磁性薄膜，对于提高磁性薄膜器件的热稳定性具有重要的意义。
[0006] 为了实现上述技术目的，本发明人经过大量实验探索后发现，当在衬底表面生长 磁性薄膜时（该磁性薄膜具有磁致伸缩性能，包括正磁致伸缩性能与负磁致伸缩性能），选 用具有各向异性热膨胀系数（包括正的热膨胀系数与负的热膨胀系数）的衬底，首先沿热 膨胀系数的绝对值较大的方向对该衬底施加一定的与热膨胀方向相反的应变，即，当衬底 具有正的热膨胀系数时，沿着热膨胀系数较大的方向对衬底施加一定的压应变；当衬底具 有负的热膨胀系数时，沿着热膨胀系数绝对值较大的方向对衬底施加张应变，在该应变保 持条件下在衬底表面生长磁性薄膜，待磁性薄膜生长完毕后撤去该应变，则该磁性薄膜具 体表现如下：
[0007] (1)磁性薄膜是正磁致伸缩材料，衬底具有正的热膨胀系数
[0008] 在该衬底表面生长磁性薄膜时，沿着衬底热膨胀系数较大的方向对衬底施加压应 变，薄膜生长结束后，撤去该压应变，磁性薄膜承受来自衬底的张应变，其易磁化轴沿衬底 热膨胀系数较大的方向，相对应地，其难磁化轴垂直于衬底热膨胀系数较大的方向，即沿着 衬底热膨胀系数较小的方向，如下表1所示；
[0009] 当温度升高时，对比该磁性薄膜的剩磁，发现沿着易磁化轴方向（热膨胀系数较 大的方向）的剩磁与沿着难磁化轴方向（热膨胀系数较小的方向）的剩磁的差值逐渐增 加，即，随着温度的升高，该磁性薄膜的磁各向异性增强，呈现正磁各向异性温度系数。
[0010] (2)磁性薄膜是正磁致伸缩材料，衬底具有负的热膨胀系数
[0011] 在该衬底表面生长磁性薄膜时，沿着衬底热膨胀系数绝对值较大的方向对衬底施 加张应变，薄膜生长结束后，撤去该张应变，磁性薄膜承受来自衬底的压应变，其易磁化轴 沿衬底热膨胀系数绝对值较小的方向，即垂直于衬底热膨胀系数绝对值较大的方向，相对 应地，其难磁化轴沿衬底热膨胀系数绝对值较大的方向，如下表1所示；
[0012] 当温度升高时，对比该磁性薄膜的剩磁，沿着易磁化轴方向（热膨胀系数绝对值 较小的方向）的剩磁与沿着难磁化轴方向（热膨胀系数绝对值较大的方向）的剩磁的差值 逐渐增加，即，随着温度的升高，该磁性薄膜的磁各向异性增强，呈现正磁各向异性温度系 数。
[0013] (3)磁性薄膜是负磁致伸缩材料，衬底具有正的热膨胀系数
[0014] 在该衬底表面生长磁性薄膜时，沿着衬底热膨胀系数较大的方向对衬底施加压应 变，薄膜生长结束后，撤去该压应变，磁性薄膜承受来自衬底的张应变，其易磁化轴沿衬底 热膨胀系数较小的方向，即垂直于衬底热膨胀系数较大的方向，相对应地，其难磁化轴沿衬 底热膨胀系数较大的方向，如下表1所示；
[0015] 当温度升高时，对比该磁性薄膜的剩磁，发现沿着易磁化轴方向（热膨胀系数较 小的方向）的剩磁与沿着难磁化轴方向（热膨胀系数较大的方向）的剩磁的差值逐渐增 加，即，随着温度的升高，该磁性薄膜的磁各向异性增强，呈现正磁各向异性温度系数。
[0016] (4)磁性薄膜是负磁致伸缩材料，衬底具有负的热膨胀系数
[0017] 在该衬底表面生长磁性薄膜时，沿着衬底热膨胀系数值较大的方向对衬底施加张 应变，薄膜生长结束后，撤去该张应变，磁性薄膜承受来自衬底的压应变，其易磁化轴沿衬 底热膨胀系数绝对值较大的方向，相对应地，其难磁化轴垂直于衬底热膨胀系数绝对值较 大的方向，即沿着衬底热膨胀系数较小的方向，如下表1所示；
[0018] 当温度升高时，对比该磁性薄膜的剩磁，发现沿着易磁化轴方向（热膨胀系数绝 对值较大的方向）的剩磁与沿着难磁化轴方向（热膨胀系数绝对值较小的方向）的剩磁的 差值逐渐增加，即，随着温度的升高，该磁性薄膜的磁各向异性增强，呈现正磁各向异性温 度系数。
[0019] 表1 :不同磁致伸缩材料与不同热膨胀性能的衬底组合时施加的应变类型以及易 磁化轴的方向一览表；
[0020]
【权利要求】
1. 一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法，所述的磁性薄膜是在衬底 表面生长制得，其特征是：包括如下步骤： 步骤（1):所述的衬底具有各向异性热膨胀系数，沿某一互相垂直的X方向与Y方向的 热膨胀系数不同；在X方向与Y方向中，沿热膨胀系数的绝对值较大的方向对该衬底施加应 变，具体如下： 当衬底具有正的热膨胀系数时，沿着热膨胀系数较大的方向对衬底施加压应变，所述 的压应变值大于参考应变值，所述的参考应变值的测试方法是：在所述的磁性薄膜的工作 温度区间，选择最低的工作温度为测试温度，当温度从室温下降到该测试温度时，所述衬底 发生热膨胀或热收缩所产生的应变值； 当衬底具有负的热膨胀系数时，沿着热膨胀系数绝对值较大的方向对衬底施加张应 变，所述的张应变值大于参考应变值，所述的参考应变值的测试方法是：在所述的磁性薄膜 的工作温度区间，选择最低的工作温度为测试温度，当温度从室温下降到该测试温度时，所 述衬底发生热膨胀或热收缩所产生的应变值； 步骤（2):室温下，保持对衬底施加步骤（1)中所述的应变，在衬底表面生长所述的磁 性薄膜； 步骤（3):待所述的磁性薄膜生长完毕，撤去步骤（1)中所述的应变，即得到具有单轴 磁各向异性的磁性薄膜。
2. 根据权利要求1所述的一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法，其 特征是：所述的衬底包括单晶衬底、陶瓷衬底、金属衬底、有机物衬底、塑料衬底、铁电衬底。
3. 根据权利要求1所述的一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法，其 特征是：所述的磁性薄膜包括磁性金属？6、&)、附，磁性合金？6-附、？6-6 &、&)46-8，磁性氧 化物 Fe304、La-Sr_Mn-〇3。
4. 根据权利要求1所述的一种具有正磁各向异性温度系数的磁性薄膜的制备方法，其 特征是：所述的步骤（1)中，通过将衬底放置在凸模具或者凹模具对衬底施加应变，所述的 凸模具或者凹模具产生的应变为t/2r，其中t为磁性薄膜和衬底的厚度，r为模具的曲率半 径。
【文档编号】H01F10/26GK104064350SQ201410301158
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】刘宜伟, 李润伟, 王保敏, 詹清峰 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所