CN101665911B

CN101665911B - 真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法

Info

Publication number: CN101665911B
Application number: CN2008101204316A
Authority: CN
Inventors: 彭保进; 应朝福; 万旭; 叶晶; 刘蕴涛
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: CN101665911A

Abstract

本发明涉及一种真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法。它采用可蒸镀各种高低熔点的金属和氧化物材料的真空镀膜机，SiO₂基片经抛光打磨；氨水：双氧水：去离子水混合液煮沸，去离子水冲净；盐酸：双氧水：去离子水混合液煮沸去离子水冲净；超声波和无超声波去离子水介质常温、加温抛洗；入氮气炉烘干；在真空舱内离子枪轰击表面清洗。在低气压环境下，对玻璃基片附加磁铁，使待镀玻璃基片在镀膜的整个过程始终处于稳定磁场当中，并用补偿式控制蒸镀薄膜材料的原子量比，使蒸镀制得的成品薄膜的合金成分与期望比例一致性好的短方向具有横向单轴磁各向异性的薄膜。具有工艺简单易行，制备成本低廉，成品薄膜的合金成分与期望比例一致性好，制得的FeSiB薄膜均匀、致密、稳定、牢固的特点。

Description

真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法

技术领域

本发明属于光学薄膜制备技术领域、具体是一种真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法。

背景技术

巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance，GMI)效应：是指软磁材料在高频交流驱动下其交流阻抗随外加直流磁场的变化而发生显著变化的现象。很多研究表明，具有显著GMI效应的非晶或纳米晶丝(约1mm)，可以同时满足新型微型磁传感器所需的诸多条件。利用GMI元件所制成的谐振荡电路可以制作成新型的GMI效应磁传感器，这种传感器比其他磁效应传感器拥有更高的磁通检测率和灵敏度。随着信息技术的普及，各种信息设备、汽车和工业机器人一类机电设备，电力电子设备，医疗电子设备和工业测试设备的发展，都对磁传感器提出了越来越高的要求。利用巨磁阻抗效应制作的磁传感器在工程控制方面拥有广阔的应用前景。

目前报导的有关制备具巨磁阻抗效应的单层或多层薄膜方法中皆用磁溅射法，还未提及利用真空蒸镀法制备的实用有效的方法，主要原因是目前利用蒸镀法制该类膜普遍存在的层间附着力弱、致密性和均匀性差及实现各向异性困难的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层间附着力强、致密性和均匀性好、实现各向异性容易的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法。

实现本发明目的的技术方案是这样的：采用可蒸镀各种高低熔点的金属和氧化物材料的真空镀膜机，在10^-4～10^-3帕的低气压环境下，对玻璃基片横向两侧附加磁铁，使得在镀膜的整个过程让待镀玻璃基片始终处于0.01T～0.2T的稳定磁场当中，再对巨磁阻抗薄膜材料的蒸发源进行加热，使其蒸发成蒸气原子，淀积到待镀玻璃基片表面上形成在短方向具有横向单轴磁各向异性的薄膜；

在前述的镀膜整个过程中玻璃基片所处的稳定磁场的强度可以为0.01T～0.03T；

还有前述的巨磁阻抗薄膜材料蒸发源是FeSiB合金材料其原子比可以为：Fe(纯度为99.9％):Si(纯度为99.9％):B(纯度为99.9％)等于77.5:7.5:15；

前述的待镀玻璃基片可以是经过包括以下6个步骤清洗的：

(1)将基片用稀土抛光粉打磨；

(2)将基片放置于玻璃或石英杯中，加入配比为:氨水:双氧水:去离子水为1～1.2:2～3:5～6的清洗液，放在电炉上加热煮沸10～20分钟，然后用去离子水冲洗干净；

(3)在杯中加入配比为:盐酸:双氧水:去离子水为1～1.2:2～3:8～10的清洗液，同样煮沸10～12分钟后用去离子水冲洗干净；

(4)将基片放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗3～10分钟、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗3～5分钟、开启超声波，水温控制在50℃～75℃，对基片抛动清洗3～8分钟左右，关闭超声波后再对基片抛动清洗3～5分钟。清洗介质采用去离子水；

(5)放入氮气炉中烘干待用；

(6)最后的清洗工作是镀前在真空舱内进行。用放置在真空舱内的离子枪轰击基片的表面5～10分钟。

所述的步骤(1)中的抛光粉可以是稀土抛光粉。

所述的步骤(2)中的清洗液配比可以为氨水:双氧水:去离子水为1:2～2.5:5～6。

所述的步骤(3)中的清洗液配比可以为盐酸:双氧水:去离子水为1～1.2:2～2.5:8～10。

所述的步骤(4)可以是将基片放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗3～10分钟、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗3～5分钟、开启超声波，水温控制在55℃～65℃，对基片抛动清洗3～8分钟左右，关闭超声波后再对基片抛动清洗3～5分钟。清洗介质采用去离子水。

所述的步骤中(5)中放入氮气炉中烘干的时间可以为10～20分钟

本发明的的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，是依照真空蒸发镀膜原理在价格低廉的真空蒸镀镀膜机中采用了对玻璃基片横向两侧附加磁铁，使得其在镀膜的整个过程始终处于稳定磁场当中和补偿式控制蒸镀薄膜材料的原子量比蒸镀制得各向异性巨磁阻抗薄膜的，具有工艺简单易行，制备成本低廉，成品薄膜的合金成分与期望比例一致性好，而SiO₂基片清洗的方式，解决了SiO₂基片普遍存在的表面附着力差、成膜不牢固等问题，使制得的FeSiB薄膜均匀、致密、稳定、牢固。

附图说明

图1是本发明的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法实施例一制备的FeSiB单层薄膜GMI的测量电路图

图2是本发明的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法实施例一制备的大块FeSiB薄膜的横向和纵向的磁滞回线

具体实施方式

实施例一

本发明的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜材料的方法在制备FeSiB单层薄膜时，我们采用的是DMDE-450型镀膜机，带有磁偏转270°电子枪及膜厚控制仪，可蒸镀各种高低熔点的金属和氧化物材料。首先对SiO₂基片进行以下步骤的清洗：(1)将基片用抛光粉打磨，打磨基片的抛光粉宜用稀土抛光粉。建议用氧化铈抛光粉，它粒度细，磨削力强，抛光速度快，亮度好且易清洗。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光基片；(2)将基片放置于石英或玻璃杯中，加入配比为:氨水:双氧水:去离子水＝1～1.2:2～2.2:5～6的清洗液，放在电炉上加热煮沸10～20分钟，然后用去离子水冲洗干净，氨水:双氧水:去离子水的比例可以是1:2:5或1:3:6；放在电炉上加热煮沸的时间15分钟左右，不宜少于10分钟，否则会影响效果；(3)在杯中加入配比为:盐酸:双氧水:去离子水＝1～1.2:2～2.5:8～10的清洗液，同样煮沸10～12分钟后用去离子水冲洗干净，盐酸:双氧水:去离子水的比例可以是1:2:8或1:3:8；放在电炉上加热煮沸的时间15分钟左右，不宜少于10分钟(同(2))；(4)将基片放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗3～10分钟、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗3～5分钟、开启超声波，水温控制在50℃～75℃，对基片抛动清洗3～8分钟左右，关闭超声波后再对基片抛动清洗3～5分钟。清洗介质采用去离子水将玻璃放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗5分钟左右、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗5分钟左右、开启超声波，水温控制在60℃左右，对基片抛动清洗5分钟左右，关闭超声波后再对玻璃抛动清洗5分钟左右、仍保持水温60℃左右，基片由慢拉提升装置进行慢拉，慢拉提升的时间为5分钟左右；(5)放入氮气炉中烘干待用，烘干的时间为10分钟左右；(6)最后的清洗工作是镀前在真空舱内进行。用放置在真空舱内的离子枪轰击基片的表面5～10分钟，特别注意的是把基片放进真空舱内的过程中要避免空气中的灰尘和垃圾再黏附在镜片表面。用放置在真空舱内的离子枪轰击基片的表面(用氩离子)，使玻璃基片表面吸附的异物产生脱附或分解，最后被真空泵抽走，达到清洗目的。

DMDE-450型真空镀膜机以高真空油扩散泵为主机，可获得10^-4～10^-3帕的低气压环境。FeSiB薄膜材料的原子比为77.5:7.5:15，材料已事先按此比例制得合金。再采用了让玻璃基片始终处在一个稳定的磁场当中的方法。具体是在玻璃基片横向两侧加永久磁铁，提供0.2T的稳定磁场，使得在镀膜的整个过程中玻璃基片一直受到这个稳定磁场的作用，当真空室的真空度达到5×10^-3帕时，对蒸发源进行加热，利用电子枪轰击事先放置在坩埚内的材料，在玻璃基底上制得FeSiB薄膜。通过这样制得的薄膜在短方向具有横向单轴磁各向异性的。

GMI的测量

本实验采用HP4294A型阻抗分析仪(可测频率范围为1MHz一110MHz)测量。把制得的FeSiB薄膜玻璃基片接入HP4294A型阻抗分析仪进行纵向驱动，驱动电流10mA，频率为1MHz~110MHz，外磁场由Helmholtz线圈提供，改变外磁场的大小，由阻抗仪测得薄膜的巨磁阻抗值。通过改变驱动电流方向和外磁场方向，得到四种测量结果。取出两种具有比较明显的巨磁阻抗效应的测量方式，与在蒸镀的过程中不加磁场制得的各向同性薄膜进行分析比较。

测量电路如图2-5所示，取FeSiB薄膜样品放在驱动线圈(驱动线圈直径Φ＝1.5mm，选用直径为0.07mm的漆包线绕制200匝而成)内组成一个等效的阻抗元件^[43]，由4294A Precision Impedance Analyzer(精密阻抗分析仪)提供10mA的交变电流通过驱动线圈，产生一个与薄带轴向平行的交流驱动场，这种驱动方式称为纵向驱动。直流外磁场由直径中Φ＝200mm的Helmlloltz线圈(Hellnholtz线圈由0.29nnn漆包线绕制650匝而成)产生，方向沿薄带的长轴方向，为减小地磁场的影响，直流外磁场与地磁场方向垂直。测量时样品均放于Helmholtz线圈正中匀场区(其中心匀强磁场区的磁场强度公式Hex＝58.4464×I(Oe)，10e约为79.57747A/m)。

测量结果及讨论

采用LDJModel-10000B-H回线仪测量FeSiB薄膜的软磁磁性。图2-6给出了大块FeSiB薄膜的横向和纵向的磁滞回线。(a)磁场施加在薄膜的横向，(b)磁场施加在薄膜的纵向。可以看出，大块FeSiB薄膜具有明显的磁各向异性，薄膜的易轴沿FeSiB薄膜的横向。易轴和难轴的矫顽力分别为56A/m和40A/m^[44]。

实施例二

本发明的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜材料的方法在制备FeSiB/Cu/FeSiB多层膜薄膜时，采用的也是DMDE-450型镀膜机，带有磁偏转270°电子枪及膜厚控制仪，可蒸镀各种高低熔点的金属和氧化物材料。SiO₂基片清洗也相同，也是在10^-4～10^-3帕的低气压环境。也采用了让玻璃基片始终处在一个稳定的磁场当中的方法。具体是在玻璃基片横向两侧加永久磁铁，提供0.2T的稳定磁场，使得在镀膜的整个过程中玻璃基片一直受到这个稳定磁场的作用，FeSiB薄膜材料的原子比为77.5:7.5:15，材料已事先按此比例制得合金。当真空室的真空度达到5×10^-3帕时，对蒸发源进行加热，利用电子枪轰击事先放置在坩埚内的材料，在玻璃基底上制得FeSiB薄膜层，然后同样的条件下，换上Cu蒸发源，在FeSiB薄膜层上蒸镀上Cu层，在再换上FeSiB薄膜材料蒸发源，在Cu层上蒸镀上外面包围的FeSiB薄膜层，这样就在玻璃基片上制得短方向具有横向单轴磁各向异性的FeSiB/Cu/FeSiB多层膜，使FeSiB与Cu与FeSiB形成夹心形式。

Claims

1.一种真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，采用可蒸镀各种高低熔点的金属和氧化物材料的真空镀膜机，在10^-4-10^-3帕的低气压环境下，对其原子比为99.9％纯度的Fe：99.9％纯度的Si：99.9％纯度的B等于77.5∶7.5∶15的巨磁阻抗薄膜材料的蒸发源进行加热，使其蒸发成蒸气原子，淀积到横向两侧附加了磁铁，在镀膜的整个过程始终处于0.01T-0.03T稳定磁场当中的待镀玻璃基片表面上形成FeSiB合金薄膜，其特征在于该待镀玻璃基片是经过如下6个步骤清洗的：

(1)将基片用稀土抛光粉打磨；

(2)将基片放置于容器中加入配比为：氨水∶双氧水∶去离子水为1-1.2∶2～3∶5-6的清洗液，加热煮沸10-20分钟，然后用去离子水冲洗干净；

(3)再置于容器中加入配比为：盐酸∶双氧水∶去离子水为1～1.2∶2～3∶8-10的清洗液，同样煮沸10--12分钟后用去离子水冲洗干净；

(4)将基片放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗3～10分钟、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗3～5分钟、开启超声波，水温控制在50℃～75℃，对基片抛动清洗3～8分钟，关闭超声波后再采用去离子水清洗介质对基片抛动清洗3～5分钟；

(5)放入氮气炉中烘干；

(6)蒸镀前在真空舱内，用离子枪轰击基片的表面5～10分钟。

2.如权利要求1所述的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，其特征在于：步骤中(1)中的稀土抛光粉是氧化铈抛光粉。

3.如权利要求2所述的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，其特征在于：步骤(2)中的清洗液配比为氨水∶双氧水∶去离子水为1∶2～2.5∶5～6。

4.如权利要求3所述的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，其特征在于：步骤(3)中的清洗液配比为盐酸∶双氧水∶去离子水为1-1.2∶2～2.5∶8～10。

5.如权利要求4所述的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，其特征在于：步骤(4)中将基片放入超声波清洗机的清洗槽中，在常温下进行超声波抛动清洗3～10分钟、关闭超声波，常温下对玻璃继续抛动清洗3～5分钟、开启超声波，水温控制在55℃～65℃，对基片抛动清洗3～8分钟，关闭超声波后再对基片抛动清洗3～5分钟，清洗介质采用去离子水。

6.如权利要求5所述的真空蒸镀法制备巨磁阻抗薄膜的方法，其特征在于：步骤中(5)中放入氮气炉中烘干的时间为10-20分钟。