基于钛酸钡与铁酸钴的双层自支撑磁电复合薄膜制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种磁电复合薄膜制备的方法，可用于磁电传感器的制备。
【背景技术】
[0002]磁电材料是多铁性材料中的一类，是指在一定的温度范围内同时具有铁电性和铁磁性的材料。磁电材料由于其内部存在铁电-铁磁交叉耦合效应，使得利用电场改变磁化与利用磁场改变电极化成为可能。然而单相铁电磁多功能材料具有居里温度过低和磁电耦合系数太弱的缺点，导致离实用化距离相差太远，为此出现了磁电复合材料。与单相磁电材料不同，人们可以选择居里温度和尼尔温度远高于室温的铁电材料和铁磁材料，将两种材料进行成功的复合后，可能产生单相材料不具有的“乘积效应”，提高磁电耦合的系数和灵敏度后可实现实用化。最近，大量的实验说明磁电复合薄膜可以由物理沉积技术制备而成，因此制备磁电复合薄膜不再是问题所在了。相比体多铁材料，磁电复合薄膜可以通过晶格应力和界面相互作用来调节磁电耦合特性。
[0003]磁电复合薄膜的磁电特性主要由铁电材料的压电效应和铁磁材料的磁致收缩效应决定的。两者通过表面的耦合，实现磁控制电或电控制磁。但由于存在衬底的钳制，严重的影响了磁电親合。2004年，H.Zheng等成功制备了 1_3结构的钛酸钡-铁酸钴纳米复相材料，该材料所说提高了磁电系数，减小了衬底钳制效应，但却存在漏电的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于钛酸钡与铁酸钴的双层自支撑磁电复合薄膜制备方法，以同时减小衬底钳制效应和漏电。
[0005]实现本发明目的技术关键是:通过在衬底上生长一层氧化镁薄膜，并在氧化镁薄膜上生长依次生长铁酸钴和钛酸钡薄膜，腐蚀掉氧化镁薄膜层，将铁酸钴和钛酸钡薄膜转移到后续需要的衬底上。通过改变生长材料，腐蚀液浓度等条件，可得到自支撑的磁电复合薄膜。
[0006]其实现步骤包括如下:
[0007](I)在蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜；
[0008]将蓝宝石衬底、氧化镁靶材、钛酸钡靶材和铁酸钴靶材放入脉冲激光沉积系统的反应室中，对反应室抽真空，直到真空度达到4*10_6mbar以下；
[0009]再向反应室中通入氧气，使反应室的氧压维持在5*10_3?0.lmbar，设定激光器的能量密度为4J/cm2和频率为3?5Hz，设定衬底的温度为600?700 °C，使激光器射出激光，烧灼氧化镁靶材10000?15000次，使烧灼出来的氧化镁等离子体沉积在蓝宝石衬底上，完成氧化镁薄膜的生长；
[0010](2)在氧化镁薄膜上沉积一层铁酸钴薄膜:
[0011]调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01?0.5mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm2和频率为3?5Hz，设定衬底的温度为650?700°C，使激光器射出激光，烧灼铁酸钴靶材500?1000次，以在氧化镁薄膜上沉积铁酸钴等离子体，得到厚度为20?40nm的铁酸钴薄膜；
[0012](3)在铁酸钴薄膜上沉积一层钛酸钡薄膜:
[0013]调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01?0.5mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm2和频率为3?5Hz，设定衬底的温度为600?700 °C，使激光器射出激光，烧灼钛酸钡靶材500?1000次，使烧灼出来的钛酸钡等离子体沉积在铁酸钴薄膜上，得到厚度为10?20nm的钛酸钡薄膜，形成双层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；
[0014](4)形成附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜:
[0015]在钛酸钡薄膜的表面旋涂上一层浓度为3?9mg/mL的聚甲基丙稀酸甲醋PMMA溶液，并放在加热台上，在70?80°C下加热5?10分钟，自然降温，形成一层附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；
[0016](5)将附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜与衬底分离:
[0017]将旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜浸泡在75?85 °C温度下的10被％硫酸铵溶液中3?4小时，除去氧化镁薄膜，使附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜与衬底脱离，漂浮在硫酸铵溶液上；
[0018](6)转移得到双层自支撑磁电复合薄膜:
[0019]用后续使用所需的电极衬底捞起漂浮的附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜，放在加热台上，在35?40°C下加热5?10分钟，自然降温，使磁电复合薄膜完全粘附在后续使用所需的电极衬底；
[0020]再将其放入丙酮溶液中浸泡12?24小时，除去表面的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，完成转移，得到利用钛酸钡和铁酸钴两种材料制备的双层自支撑磁电复合薄膜。
[0021]本发明具有如下优点:
[0022]1.本发明由于通过在铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，可防止转移过程中薄膜出现破裂。
[0023]2.本发明可以将铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜转移到导电衬底上，不用在铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜底部沉积底电极。
[0024]3.本发明由于去除了氧化镁薄膜，得到的自支撑铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜，不仅减小了衬底钳制效应而且减小了漏电的问题。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的实现流程图。
[0026]图2为在蓝宝石衬底上沉积氧化镁薄膜的结构图；
[0027]图3为在氧化镁薄膜上沉积铁酸钴薄膜的结构图；
[0028]图4为在铁酸钴薄膜上沉积钛酸钡薄膜的结构图；
[0029]图5为在钛酸钡薄膜上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的结构图；
[0030]图6为腐蚀掉氧化镁后磁电复合薄膜的示意图；
[0031 ]图7为铁酸钴钛酸钡自支撑磁电复合薄膜的结构图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不构成对本发明的限定。
[0033]参照图1，本发明基于钛酸钡与铁酸钴的双层自支撑磁电复合薄膜制备方法，给出如下三种实施例。
[0034]实施例1:制备厚度为20nm的铁酸钴和1nm的钛酸钡的磁电复合薄膜。
[0035]步骤1，在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜。
[0036]1.1)将C面的蓝宝石衬底、氧化镁靶材、钛酸钡靶材和铁酸钴靶材放入脉冲激光沉积系统的反应室中，对反应室抽真空，直到真空度达到4*10_6mbar以下，再向反应室中通入氧气，使反应室的氧压维持在5*10_3mbar ；
[0037]1.2)打开激光器开关，设定激光器的能量密度为4J/cm2和频率为3Hz，设定衬底的温度为600°C，通过激光束，烧灼氧化镁靶材10000次，使烧灼出来的氧化镁等离子体沉积在C面的蓝宝石衬底上，完成氧化镁薄膜的生长，如图2所示，图2中的A为C面的蓝宝石衬底，B为沉积在蓝宝石衬底上的氧化镁薄膜。
[0038]步骤2在氧化镁薄膜上沉积一层铁酸钴薄膜。
[0039]调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.0lmbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm2、频率为3Hz，设定衬底的温度为650°C，使激光器射出激光，烧灼铁酸钴靶材500次，以在氧化镁薄膜上沉积铁酸钴等离子体，得到厚度为20nm的铁酸钴薄膜，如图3所示，图3中的D为在氧化镁薄膜上沉积的铁酸钴薄膜。
[0040]步骤3在铁酸钴薄膜上沉积一层钛酸钡薄膜。
[0041]调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.0lmbar，设定激光器的能量密度为2J/cm2、频率为3Hz，设定衬底的温度为600°C，使激光器射出激光，烧灼钛酸钡靶材500次，使烧灼出来的钛酸钡等离子体沉积在铁酸钴薄膜上，得到厚度为1nm的钛酸钡薄膜，形成双层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜，如图4所示，图4中的E为在铁酸钴薄膜上沉积的钛酸钡薄膜。
[0042]步骤4形成附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜。
[0043]4.1)在钛酸钡薄膜表面滴上3mg/mL聚甲基丙稀酸甲醋PMMA溶液，放在用胶机上，设置转台旋转速度为500转/秒，旋转5秒；
[0044]4.2)改变旋转速度为3000转/秒，旋转60秒，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液均匀分布在钛酸钡薄膜表面；
[0045]4.3)将附有聚苯乙烯PS溶液的阳极氧化铝放在加热台上，在70°C下加热10分钟，自然降温，如图5所示，图5中的F为在磁电复合薄膜表面旋涂的聚甲基丙烯酸甲酯。
[0046]步骤5将附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜与衬底分离。
[0047]将旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜浸泡在75°C温度下的10被％硫酸铵溶液中4小时，除去氧化镁薄膜，使附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜与衬底脱离，漂浮在硫酸铵溶液上，如图6所示。
[0048]步骤6转移得到双层自支撑磁电复合薄膜。
[0049]6.1)用后续使用所需的电极衬底捞起漂浮的附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜，放在加热台上，在35°C下加热10分钟后，自然降温，使磁电复合薄膜完全粘附在后续使用所需的电极衬底，
[0050]6.2)将粘有磁电复合薄膜的衬底放入丙酮溶液中浸泡12小时，除去表面的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，完成转移，得到利用钛酸钡和铁酸钴两种材料制备的双层自支撑磁电复合薄膜，如图7所示。
[0051]实施例2:制备厚度为30nm的铁酸钴和15nm的钛酸钡的磁电复合薄膜。
[0052]第一步，在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜。
[0053]Ia)将C面的蓝宝石衬底、氧化镁靶材、钛酸钡靶材和铁酸钴靶材放入脉冲激光沉积系统的反应室中，对反应室抽真空，直到真空度达到4*10_6mbar以下，再向反应室中通入氧气，使反应室的氧压维持在0.0lmbar ；
[0054]Ib)打开激光器开关，设定激光器的能量密度为4J/cm2和频率为4Hz，设定衬底的温度为650°C，通过激光束，烧灼氧化镁靶材13000次，使烧灼出来的氧化镁等离子体