CN104692828B - 多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，主要解决现有1‑3结构的复合材料不能同时减小衬底钳制效应和漏电的问题。其实现步骤是：先在蓝宝石衬底沉积一层氧化镁薄膜，并在其上交错沉积多层铁酸钴薄膜和多层钛酸钡薄膜；再在最后一层钛酸钡薄膜表面旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯，用硫酸铵溶液除去单晶氧化镁薄膜，使附有聚甲基丙烯酸甲酯的磁电复合薄膜与蓝宝石衬底脱离；再将脱离蓝宝石衬底的磁电复合薄膜转移到后续所需的衬底上，得到多层铁酸钴薄膜和多层钛酸钡薄膜复合的自支撑磁电薄膜。本发明得到的多层钛酸钡和多层铁酸钴复合薄膜表面耦合大，增强了磁电特性，减小了衬底钳制和漏电问题，可用于磁电传感器的制备。

Description

多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法

技术领域

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与转移的方法，可用于磁电传感器的制备。

背景技术

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。

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，严重的影响了磁电耦合。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

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，以同时减小衬底钳制效应和漏电。

本发明的技术方案是这样实现的：

技术方案一

一种两层钛酸钡与两层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，包括如下步骤：

1)在蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜；

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，再向反应室中通入氧气，使反应室的氧压维持在5*10^-3～0.1mbar；

打开激光器开关，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℃，通过激光束，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；

2)在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，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，完成第一层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

3)在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第一层铁酸钴薄膜上，完成第一层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长；

4)在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第一层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第二层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

5)在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第二层铁酸钴薄膜上，完成第二层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成四层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

6)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：

在第二层钛酸钡薄膜的表面旋涂上一层浓度为3～9mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，并放在加热台上，在70～80℃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；

7)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：

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℃温度下的10wt％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；

8)转移得到四层自支撑磁电复合薄膜：

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℃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；

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，得到利用两层钛酸钡和两层铁酸钴两种材料制备的厚度为60～120nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

技术方案二：

一种三层钛酸钡与三层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，包括如下步骤：

1)在蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜；

1a)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，再向反应室中通入氧气，使反应室的氧压维持在5*10^-3～0.1mbar；

1b)打开激光器开关，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℃，通过激光束，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；

2)在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，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，完成第一层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

3)在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第一层铁酸钴薄膜上，完成第一层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成双层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

4)在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第一层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第二层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

5)在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第二层铁酸钴薄膜上，完成第二层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长；

6)在第二层钛酸钡薄膜上沉积第三层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第二层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第三层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

7)在第三层铁酸钴薄膜上沉积第三层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第三层铁酸钴薄膜上，完成第三层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成六层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

8)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：

在第三层钛酸钡薄膜的表面旋涂上一层浓度为3～9mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，并放在加热台上，在70～80℃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；

9)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：

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℃温度下的10wt％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；

10)转移得到六层自支撑磁电复合薄膜：

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℃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；

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，得到利用三层钛酸钡和三层铁酸钴两种材料制备厚度为90～180nm的六层自支撑磁电复合薄膜。

本发明具有如下优点：

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。

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。

3.本发明由于采用多层磁电复合薄膜，薄膜之间的相互耦合更强，提高了复合薄膜的磁电特性。

4.本发明由于去除了氧化镁薄膜，得到的多层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

图1为本发明的实现流程图；

图2为本发明制备四层自支撑磁电复合薄膜的示意图；

图3为本发明制备六层自支撑磁电复合薄膜的示意图。

具体实施方式

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。

参照图1，本发明多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法给出如下三种实施例。

实施例1：制备厚度为60nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

参照图2，本实例的实现步骤如下

步骤1，在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜。

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；

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℃，通过激光束，烧灼氧化镁靶材10000次，产生氧化镁等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到C面蓝宝石衬底A上，并沉积在C面蓝宝石衬底，完成氧化镁薄膜的生长，如图2中的B。

步骤2，在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01mbar，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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面500次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到氧化镁薄膜B上，并沉积在氧化镁薄膜表面，得到第一层厚度为20nm的铁酸钴薄膜,如图2中的D。

步骤3在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01mbar，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℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面500次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层铁酸钴薄膜D上，并沉积在第一层铁酸钴薄膜表面，得到第一层厚度为10nm的钛酸钡薄膜,如图2中的E。

步骤4在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²和频率为3Hz，设定衬底的温度为650℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面500次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层钛酸钡薄膜E上，并沉积在第一层钛酸钡薄膜表面，完成第二层厚度为20nm的铁酸钴薄膜的生长,如图2中的F；

步骤5在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.01mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²和频率为3Hz，设定衬底的温度为600℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面500次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第二层铁酸钴薄膜F上，并沉积在第二层铁酸钴薄膜表面，完成第二层厚度为10nm的钛酸钡薄膜的生长，形成四层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜,如图2中的G；

步骤6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。

6.1)在第二层钛酸钡薄膜表面滴上3mg/mL聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，放在甩胶机上，设置转台旋转速度为500转/秒，旋转5秒；

6.2)改变旋转速度为3000转/秒，旋转60秒，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液均匀分布在第二层钛酸钡薄膜表面，如图2中的H；

6.3)将附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜放在加热台上，在70℃下加热10分钟，自然降温。

步骤7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。

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℃温度下的10wt％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。

步骤8转移得到四层自支撑磁电复合薄膜。

8.1)用后续使用所需的电极衬底Z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℃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，

8.2)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厚度为60nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

实施例2：制备厚度为90nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

参照图2，本实例的实现步骤如下

步骤一，在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜。

1a)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0.01mbar；

1b)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℃，通过激光束，烧灼氧化镁靶材13000次，产生氧化镁等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到C面蓝宝石衬底A上，并沉积在C面蓝宝石衬底，完成氧化镁薄膜的生长，如图2中的B。

步骤二，在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.3mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²、频率为4Hz，设定衬底的温度为675℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面750次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到氧化镁薄膜B上，并沉积在氧化镁薄膜表面，得到第一层厚度为30nm的铁酸钴薄膜,如图2中的D。

步骤三在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.3mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²、频率为4Hz，设定衬底的温度为650℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面750次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层铁酸钴薄膜D上，并沉积在第一层铁酸钴薄膜表面，得到第一层厚度为15nm的钛酸钡薄膜,如图2中的E。

步骤四在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.3mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²和频率为4Hz，设定衬底的温度为675℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面750次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层钛酸钡薄膜E上，并沉积在第一层钛酸钡薄膜表面，完成第二层厚度为30nm的铁酸钴薄膜的生长,如图2中的F；

步骤五在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.3mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²和频率为4Hz，设定衬底的温度为650℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面750次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第二层铁酸钴薄膜F上，并沉积在第二层铁酸钴薄膜表面，完成第二层厚度为15nm的钛酸钡薄膜的生长，形成四层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜,如图2中的G；

步骤六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。

6a)在第二层钛酸钡薄膜表面滴上6mg/mL聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，放在甩胶机上，设置转台旋转速度为500转/秒，旋转5秒；

6b)改变旋转速度为3000转/秒，旋转60秒，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液均匀分布在第二层钛酸钡薄膜表面，如图2中的H；

6c)将附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜放在加热台上，在75℃下加热7分钟，自然降温。

步骤七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。

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80℃温度下的10wt％硫酸铵溶液中3小时30分钟，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。

步骤八转移得到四层自支撑磁电复合薄膜。

8a)用后续使用所需的电极衬底Z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37℃下加热7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，

8b)将粘有磁电复合薄膜的衬底放入丙酮溶液中浸泡18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厚度为90nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

实施例3：制备厚度为180nm的六层自支撑磁电复合薄膜。

参照图3，本实例的实现步骤如下

第一步，在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜。

首先，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0.1mbar；

然后，打开激光器开关，设定激光器的能量密度为4J/cm²和频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼氧化镁靶材15000次，产生氧化镁等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到C面蓝宝石衬底J上，并沉积在C面蓝宝石衬底，完成氧化镁薄膜的生长，如图3中的I。

第二步，在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²、频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面1000次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到氧化镁薄膜I上，并沉积在氧化镁薄膜表面，得到第一层厚度为40nm的铁酸钴薄膜,如图3中的K。

第三步，在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜。

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²、频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面1000次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层铁酸钴薄膜K上，并沉积在第一层铁酸钴薄膜表面，得到第一层厚度为20nm的钛酸钡薄膜,如图3中的L。

第四步，在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²和频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面1000次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第一层钛酸钡薄膜L上，并沉积在第一层钛酸钡薄膜表面，完成第二层厚度为40nm的铁酸钴薄膜的生长,如图3中的M。

第五步，在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²和频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面1000次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第二层铁酸钴薄膜M上，并沉积在第二层铁酸钴薄膜表面，完成第二层厚度为20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成四层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜,如图3中的N。

第六步，在第二层钛酸钡薄膜上沉积第三层铁酸钴薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2.4J/cm²和频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材表面1000次，产生铁酸钴等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第二层钛酸钡薄膜N上，并沉积在第二层钛酸钡薄膜表面，完成第三层厚度为40nm的铁酸钴薄膜的生长,如图3中的O。

第七步，在第三层铁酸钴薄膜上沉积第三层钛酸钡薄膜：

调节通入反应室的氧气，使反应室的氧压维持在0.5mbar，设定激光器的能量密度为2J/cm²和频率为5Hz，设定衬底的温度为700℃，通过激光束，烧灼钛酸钡靶材表面1000次，产生钛酸钡等离子体，该等离子体依靠自身动能，运动到第三层铁酸钴薄膜O上，并沉积在第三层铁酸钴薄膜表面，完成第三层厚度为20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成六层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜,如图3中的P。

第八步，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。

首先，在第三层钛酸钡薄膜表面滴上3mg/mL聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，放在甩胶机上，设置转台旋转速度为500转/秒，旋转5秒；

接着，改变旋转速度为3000转/秒，旋转60秒，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液均匀分布在第三层钛酸钡薄膜表面，如图3中的Q；

然后，将附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液的铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜放在加热台上，在70℃下加热10分钟，自然降温。

第九步，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。

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85℃温度下的10wt％硫酸铵溶液中3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。

第十步，转移得到六层自支撑磁电复合薄膜。

首先，用后续使用所需的电极衬底R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40℃下加热5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，

然后，将粘有磁电复合薄膜的衬底放入丙酮溶液中浸泡24小时，除去表面的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，完成转移，得到利用三层的钛酸钡和三层的铁酸钴两种材料制备的厚度为180nm的六层自支撑磁电复合薄膜。

上述三种实施例所述后续所需的电极衬底，包括硅，钛酸锶，蓝宝石，碳化硅，氮化镓等，本实施使用硅上沉积的铂金衬底；

上述描述只是本发明的几个优选实例，并不构成对本发明的限制，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，包括如下步骤：

1)在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜；

将C面蓝宝石衬底、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^-3～0.1mbar；

打开激光器开关，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℃，通过激光束，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C面蓝宝石衬底上，完成氧化镁薄膜的生长；

2)在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，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，完成第一层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

3)在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第一层铁酸钴薄膜上，完成第一层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长；

4)在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第一层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第二层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

5)在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第二层铁酸钴薄膜上，完成第二层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成四层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

6)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：

在第二层钛酸钡薄膜的表面旋涂上一层浓度为3～9mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，并放在加热台上，在70～80℃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；

7)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：

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℃温度下的10wt％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；

8)转移得到四层自支撑磁电复合薄膜：

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℃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；

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，得到利用两层钛酸钡和两层铁酸钴两种材料制备的厚度为60～120nm的四层自支撑磁电复合薄膜。

2.一种多层钛酸钡与多层铁酸钴磁电复合薄膜的制备与转移方法，包括如下步骤：

1)在C面蓝宝石衬底上生长氧化镁薄膜；

1a)将C面蓝宝石衬底、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^-3～0.1mbar；

1b)打开激光器开关，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℃，通过激光束，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C面蓝宝石衬底上，完成氧化镁薄膜的生长；

2)在氧化镁薄膜上沉积第一层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，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，完成第一层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

3)在第一层铁酸钴薄膜上沉积第一层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第一层铁酸钴薄膜上，完成第一层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成双层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

4)在第一层钛酸钡薄膜上沉积第二层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第一层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第二层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

5)在第二层铁酸钴薄膜上沉积第二层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第二层铁酸钴薄膜上，完成第二层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长；

6)在第二层钛酸钡薄膜上沉积第三层铁酸钴薄膜：

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℃，通过激光束，烧灼铁酸钴靶材500～1000次，以在第二层钛酸钡薄膜上沉积铁酸钴等离子体，完成第三层厚度为20～40nm的铁酸钴薄膜的生长；

7)在第三层铁酸钴薄膜上沉积第三层钛酸钡薄膜：

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℃，通过激光束，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第三层铁酸钴薄膜上，完成第三层厚度为10～20nm的钛酸钡薄膜的生长，形成六层铁酸钴钛酸钡磁电复合薄膜；

8)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：

在第三层钛酸钡薄膜的表面旋涂上一层浓度为3～9mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，并放在加热台上，在70～80℃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；

9)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：

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℃温度下的10wt％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；

10)转移得到六层自支撑磁电复合薄膜：

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℃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；

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，得到利用三层钛酸钡和三层铁酸钴两种材料制备厚度为90～180nm的六层自支撑磁电复合薄膜。