CN101599340A - 磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，属磁敏感功能材料技术领域。(1)抛光预处理衬底；其衬底为可溶于蒸馏水的可溶性立方结构晶体；(2)利用高真空磁控溅射设备在衬底上依次溅射缓冲层、磁致伸缩复合层、保护层；上述磁致伸缩复合层为压磁材料层和反铁磁材料层交替沉积的人工周期多层膜结构，周期数为50～100，上述压磁材料层厚度需小于其交换耦合长度，反铁磁层厚度需大于其临界厚度，在沉积磁致伸缩复合层时，施加50～500Oe的平面诱导磁场；(3)沉积完成后进行热处理以消除内应力；(4)再将样品浸入到蒸馏水中使多层膜与衬底剥离。本方法可用于设计制备具有近零场磁敏特性的磁致伸缩材料，方法简单、效果好。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，属于磁敏感功能材料技术领域。
背景技术
随着微电子技术和纳米科学研究的不断深入，使电子器件及整机向微、精、薄、轻、多功能、高可靠方向发展，由此而孕育产生的微机电系统改变了人们对传统器件和整机的观念。MEMS将信息处理及机械动作集成，大大缩小了原有系统的体积，提高了系统的可靠性。而近几年发展起来的低场高灵敏度的磁致伸缩薄膜材料作为新型机电转换智能薄膜材料，具有输出力大、能量密度高、驱动方法简单等特点，使其在微机械和微系统等工程领域应用中成为首选的功能材料之一。如利用磁致伸缩薄膜材料高的机电耦合系数及高的机电转换效率，可研制微小型化、可调谐的声表面波(SAW)器件；利用高的磁致伸缩应变系数，可研制各类军用MEMS伺服器，如精密定位装置、微型马达、流体控制系统(微泵、微阀等)，可应用于燃料注入系统、生物DNA检测等领域。
在采用磁致伸缩薄膜设计器件时，通常在GMF上施加一定的由永磁体产生的偏置磁场，使磁致伸缩薄膜处于预极化状态，避免倍频现象的产生，而使其工作于线性区。但是放置永磁体增加了整个器件的空间占有率，与基于磁致伸缩材料的MEMS等微器件设计思路相悖。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在设计器件时，无需放置永磁体，而使磁致伸缩薄膜工作于线性区的磁致伸缩多层膜直接磁性耦合方法。
一种磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、抛光预处理衬底；其中衬底为可溶于蒸馏水的可溶性立方结构晶体；
(2)、利用高真空磁控溅射设备在衬底上依次溅射缓冲层、磁致伸缩复合层、保护层；上述磁致伸缩复合层为压磁材料层和反铁磁材料层交替沉积的人工周期多层膜结构，周期数为50～100，上述压磁材料层厚度需小于其交换耦合长度，反铁磁层厚度需大于其临界厚度，在沉积磁致伸缩复合层时，施加50～500Oe的平面诱导磁场；
(3)、沉积完成后进行热处理以消除内应力；
(4)、再将样品浸入到蒸馏水中使多层膜与衬底剥离。
上述可溶性立方结构晶体可以为NaCl、KCl等。
上述压磁材料层可为TbFe2，或Terfenol-D，或Terfecohan等。
上述反铁磁材料层可为FeMn、或IrMn、或NiMn等。
上述人工周期多层膜，压磁层厚度过小，或者反铁磁层厚度过大都会降低多层膜的磁致伸缩性能，所以分别选取上限值和下限值为宜。
上述人工周期多层膜的周期数应大于50以保证多层膜具有一定的刚性。
本发明采用压磁层/反铁磁层人工周期的多层膜结构，由于压磁磁矩与反铁磁磁矩的界面发生交换耦合，反铁磁磁矩对压磁磁矩产生钉扎作用而获得交换偏置场，达到现有的通过使用永磁体来获得偏置场的目的，即利用直接磁性耦合的方法使磁致伸缩薄膜材料工作于线性区。
本发明提供一种磁致伸缩多层膜直接磁性耦合的制备方法，可以用于设计制备具有近零场磁敏特性的磁致伸缩材料，由于衬底与多层膜相剥离，磁致伸缩材料在较小的磁场下可以获得更大的伸缩系数，从而使基于磁致伸缩材料的MEMS等微器件的设计制造更简便，提高系统的紧凑性和可控性。比如按这种方法制备的多层膜作为微机械变形镜驱动器，具有在较小磁场下变形大、响应速度快、折射率容易控制等特点。
附图说明
图1为TbDyFe/NiMn磁致伸缩多层膜沉积在NaCl衬底上的滞廻曲线。
图2为TbDyFe/IrMn磁致伸缩多层膜沉积在NaCl衬底上的滞廻曲线。
具体实施方式
下面通过实例进一步描述本发明。
实施例1、TbDyFe/NiMn磁致伸缩多层膜
利用高真空磁控溅射设备在NaCl单晶表面依次沉积Ta(4nm)/[Tb0.3Dy0.7Fe2(15nm)/Ni40Mn60(26nm)]80/Ta(9nm)。上述磁致伸缩多层膜的生长条件：本底真空优于1×10-4Pa；溅射用高纯氩气气压：0.2Pa；溅射功率200W；样品支架旋转速率：15rpm；生长温度：室温；生长速率：0.08-0.15nm/s。在沉积时，施加200Oe平面诱导磁场，方向平行于膜面方向。沉积完成后进行热处理以消除内应力，再将样品浸入到蒸馏水中使多层膜与NaCl衬底剥离。如图3所示，多层膜的磁致伸缩滞廻曲线将沿着磁场方向偏离原点，线性段明显向零场靠近，使薄膜工作于线性区。
实施例2、TbDyFe/IrMn磁致伸缩多层膜
利用高真空磁控溅射设备在NaCl单晶表面依次沉积Ta(4nm)/[Tb0.3Dy0.7Fe2(14nm)/Ir20Mn80(13nm)]80/Ta(10nm)。上述磁致伸缩多层膜的生长条件：本底真空优于1×10-4Pa；溅射用高纯氩气气压：0.2Pa；溅射功率200W；样品支架旋转速率：15rpm；生长温度：室温；生长速率：0.08-0.15nm/s。在沉积时，施加200Oe平面诱导磁场，方向平行于膜面方向。沉积完成后进行热处理以消除内应力，再将样品浸入到蒸馏水中使多层膜与NaCl衬底剥离。如图4所示，多层膜的磁致伸缩滞廻曲线将沿着磁场方向偏离原点，线性段明显向零场靠近，使薄膜工作于线性区。
Claims (4)
1、一种磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、抛光预处理衬底，其中衬底为可溶于蒸馏水的可溶性立方结构晶体；
(2)、利用高真空磁控溅射设备在衬底上依次溅射缓冲层、磁致伸缩复合层、保护层；上述磁致伸缩复合层为压磁材料层和反铁磁材料层交替沉积的人工周期多层膜结构，周期数为50～100，上述压磁材料层厚度小于其交换耦合长度，反铁磁层厚度大于其临界厚度，在沉积磁致伸缩复合层时，施加50～500Oe的平面诱导磁场；
(3)、沉积完成后进行热处理以消除内应力；
(4)、再将样品浸入到蒸馏水中使多层膜与衬底剥离。
2、根据权利要求1所述的磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，其特征在于：所述可溶性立方结构晶体为NaCl、KCl。
3、根据权利要求1所述的磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，其特征在于：第(2)步所述压磁材料层为TbFe2，或Terfenol-D，或Terfecohan。
4、根据权利要求1所述的磁致伸缩多层膜直接磁性耦合制备方法，其特征在于：第(2)步所述反铁磁材料层为FeMn、或IrMn、或NiMn。
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2009
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