CN105845435B - 一种宽频带吸波磁性薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磁性材料制备技术领域，特别是涉及一种宽频带吸波磁性薄膜及其制备方法。该宽频带吸波磁性薄膜为制备于衬底上呈周期性排列的薄膜，基本单元是由2个以上不同宽度的条形薄膜构成，条形薄膜宽度是1μm‑30μm，相邻条形薄膜间的间隙宽度为1μm‑10μm，厚度为20‑200nm。其排列周期为基本单元沿条形薄膜的短轴方向依次排列，材料为铁钴基合金材料。本发明将具有相同宽度条形间隙的不同宽度的条形薄膜组合，通过间隙阻断薄膜间的耦合作用，使不同条形薄膜对应的共振峰能够有效的叠加在一起，达到展宽薄膜共振频带的目的。本发明制备的宽频带吸波磁性薄膜具有高频，宽频带吸波性能，制备过程简单易实施，成本低。

Description

一种宽频带吸波磁性薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料制备技术领域，特别是涉及一种宽频带吸波磁性薄膜及其制备方法，可应用于薄膜电磁干扰抑制器等器件中。
背景技术
随着无线电通讯科技的发展和电子设备的高集成化，集成电子器件在运行中所产生的高密度、宽频谱的电磁信号充满整个空间，形成复杂的电磁环境，这要求电子设备及电源在各个频段都具有很好的电磁兼容性，这也就给抗电磁干扰平技术带来了一系列的挑战。
高频磁性薄膜在高频具有非常优异的电磁损耗效果，且其薄，轻的特点使其在高集成化、小型化的电子器件中具有良好的应用前景。薄膜的电磁波吸收机制是磁矩的自然共振，材料的磁导率虚部以共振峰的形式表现了磁性材料的损耗特性，共振峰的半高宽可表征材料的吸收频带，在吸收频带范围内的噪声信号都将被有效衰减和隔离。
对单层薄膜来说，为了实现在较宽频带范围内对电磁波的吸收，从理论上讲可以增大薄膜磁矩共振时的阻尼因子来展宽薄膜的共振吸收频带，可是单纯控制阻尼因子是困难的，过大的阻尼也会降低薄膜的吸收效果。实际来说对薄膜进行后续退火处理，在薄膜中形成多个磁性相，也能够展宽薄膜的吸收频带，但是后续处理也就相应的增加了成本，退火处理在工业上也无法大面积的使用。
所以能够找到一种将单层薄膜共振频带有效展宽的薄膜制备方法，对电磁噪声抑制领域发展是非常有利的。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为实现高频，宽频带，制备流程简单，成本低，展宽薄膜的共振吸收频带，本发明提供了一种宽频带吸波磁性薄膜及其制备方法。
该宽频带吸波磁性薄膜为制备于衬底上呈周期性排列的薄膜，基本单元由2个以上的不同宽度的条形薄膜组合而成，条形薄膜宽度是1μm-30μm，相邻条形薄膜间的间隙宽度为1μm-10μm，厚度为20-200nm。其排列周期为基本单元沿条形薄膜的短轴方向依次排列，材料为铁钴基合金材料。
其制备方法是：
步骤1、将衬底清洗干净，然后吹干，再于烘台上120℃-200℃烘十分钟，烘干衬底上的水气。
步骤2、将步骤1烘干后的衬底旋涂一层厚度为0.5μm-1μm的光刻胶。
步骤3、在曝光机中装好掩膜版，再将步骤2涂好光刻胶的衬底置于掩膜版下充分曝光；
所述掩膜版为铬膜，其曝光部分或未曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案。
步骤4、将步骤3曝光完毕的衬底置于显影液中，溶解掉宽度不同的条形光刻胶，然后取出衬底用清水洗净显影液，并吹干，最终得到具有周期性排列胶膜的衬底。
步骤5、将步骤4制得的衬底，通过薄膜制备方法镀一层厚度为20nm-200nm磁性薄膜，材料为铁钴基合金材料；然后将其置于丙酮溶液中进行超声清洗将光刻胶剥离，最终留下周期性排列的薄膜。其基本单元由2个以上不同宽度的条形薄膜组合而成，条形薄膜宽度是1μm-30μm，相邻条形薄膜间的间隙宽度为1μm-10μm，其排列周期为基本单元沿条形薄膜的短轴方向依次排列。
所述步骤2中光刻胶为正胶或负胶。
所述步骤2光刻胶使用负胶时，步骤3中掩膜版图案的未曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案。
所述步骤2光刻胶使用正胶时，步骤3中掩膜版图案的曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案。
所述步骤1-4为紫外光光刻技术可采用电子束曝光技术替代；薄膜制备方法为磁控溅射法、电子束蒸发法或脉冲激光溅射沉积法。
不同长宽比的薄膜具有不同的各向异性场，这是由于不同退磁因子的引入所导致的，不同的各向异性场对应薄膜具有不同的共振频率。本发明将具有相同宽度条形间隙的不同宽度的条形薄膜组合在一起，通过间隙能够阻断薄膜间的耦合作用，使不同条形薄膜对应的共振峰能够有效的叠加在一起，达到展宽薄膜共振频带的目的。
综上所述，本发明制备的宽频带吸波磁性薄膜具有高频，宽频带吸波性能，制备过程简单易实施，成本低。
附图说明
图1为实施例1成品在光学显微镜下放大1000倍的表面形貌图像；
图2为厚度是45nm宽频带吸波磁性薄膜的磁谱测试图；
图3为厚度是75nm宽频带吸波磁性薄膜的磁谱测试图。
具体实施方式
实施例1：厚度为45nm的宽频带吸波磁性薄膜的制备
步骤1、将尺寸为15mm×5mm×0.5mm的Si(111)基片通过丙酮超声清洗5分钟，经过无水乙醇超声清洗5分钟，再用去离子水冲洗5次，将洗好的Si基片用压缩空气吹去表面的去离子水后，将其置于加热平台上170℃烘干十分钟至水气烘干。
步骤2、将步骤1烘干后的Si基片置于甩胶机上，设定转速3000转/分，使用负胶AZ5214，进行滴胶，滴胶完成开始甩胶，在Si基片上形成1μm厚的胶膜。
步骤3、将步骤2甩胶完成后的的Si基片置于加热平台上100℃烘60秒。
步骤4、在曝光机中装好掩膜版，将步骤3烘得后的Si基片置于曝光载台上，送入到掩膜版下，进行3秒曝光；所述掩膜版上的周期性图案为，基本单元是宽度分别为5μm/10μm/15μm/20μm/25μm的相同长度的长条形铬膜组合，相邻条形铬膜间的间隙宽度为5μm，该基本单元沿条形铬膜的短轴方向依次排列。
步骤5、将步骤4曝光后的Si基片置于加热平台120℃烘90秒。
步骤6、将步骤5烘后的Si基片置于曝光机内泛曝(无掩膜版的曝光)45秒。
步骤7、将步骤6制得的Si基片通过显影液显影37s，将显影后的Si基片置于清水中10秒洗去显影液，然后用洗耳球吹干Si基片上的水分。
步骤8、通过磁控溅射法，使用磁性合金靶材FeCoBSi，将光刻后得到的Si基片固定于沉积载台上，溅射背景真空为5×10-5Pa，通入纯度大于等于99.99％的氩气使溅射真空为0.7Pa，使用直流磁控溅射，设定溅射功率为45W，沿条形胶膜长轴方向外加500Oe的静态磁场；溅射速率为13.3纳米/分钟，溅射3分23秒后将Si基片取出，放入丙酮中进行超声清洗，再用酒精冲洗，然后用洗耳球吹干表面，得到厚度为45nm的宽频带吸波磁性薄膜。
实施例2：厚度为75nm的宽频带吸波磁性薄膜的制备
与实施例1其他的制备条件相同，将溅射时间延长为5分38秒，将Si基片取出，放入丙酮中进行超声清洗，再用酒精冲洗，用洗耳球吹干表面，得到厚度为75nm的宽频带吸波磁性薄膜。经过短路微带线法测试上述实施例制得的薄膜得到如图2和图3所示的两种薄膜磁谱测试图，可以看出看出45nm薄膜的共振峰组合了各条形薄膜的共振峰，半高宽为3.5GHz，共振峰出现明显展宽并出现双峰现象。厚度为75nm的薄膜可以看出共振峰在4.8GHz有一隆起，峰宽也被明显展宽,半高宽为2.7GHz，所以本发明所提出的展宽薄膜吸收频带的薄膜制备方法是实际可行的。

Claims (7)

1.一种宽频带吸波磁性薄膜，制备于衬底上呈周期性排列的薄膜，其特征在于：基本单元是由2个以上不同宽度的条形薄膜组合而成，条形薄膜宽度是1μm-30μm，相邻条形薄膜间的间隙宽度为1μm-10μm，厚度为20-200nm；其排列周期为基本单元沿条形薄膜的短轴方向依次排列；材料为铁钴基合金材料。
2.如权利要求1所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，包含以下步骤：
步骤1、将衬底清洗干净，然后吹干，再于烘台上120℃-200℃烘十分钟，烘干衬底上的水气；
步骤2、将步骤1烘干后的衬底旋涂一层厚度为0.5μm-1μm的光刻胶；
步骤3、在曝光机中装好掩膜版，再将步骤2涂好光刻胶的衬底置于掩膜版下充分曝光；
所述掩膜版为铬膜，其曝光部分或未曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案；
步骤4、将步骤3曝光完毕的衬底置于显影液中，溶解掉宽度不同的条形光刻胶，然后取出衬底用清水洗净显影液，并吹干，最终得到具有周期性排列胶膜的衬底；
步骤5、将步骤4制得的衬底，通过薄膜制备方法镀一层厚度为20nm-200nm磁性薄膜，材料为铁钴基合金材料；然后将其置于丙酮溶液中进行超声清洗将光刻胶剥离，最终留下周期性排列的薄膜；其基本单元由2个以上不同宽度的条形薄膜组合而成，条形薄膜宽度是1μm-30μm，相邻条形薄膜间的间隙宽度为1μm-10μm，其排列周期为基本单元沿条形薄膜的短轴方向依次排列。
3.如权利要求2所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中光刻胶为正胶或负胶。
4.如权利要求2所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2光刻胶使用负胶时，步骤3中掩膜版图案的未曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案。
5.如权利要求2所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2光刻胶使用正胶时，步骤3中掩膜版图案的曝光部分图案为宽频带吸波磁性薄膜的平面图案。
6.如权利要求2所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1-4的光刻技术采用电子束曝光技术替代。
7.如权利要求2所述宽频带吸波磁性薄膜的制备方法，其特征在于：所述薄膜制备方法为磁控溅射法、电子束蒸发法或脉冲激光溅射沉积法。
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