CN107342148B - 一种宽频带吸波多层薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁性材料制备领域，特别涉及一种宽频带吸波多层薄膜及其制备方法。本发明仅使用一种磁性Fe基材料，在衬底上进行光刻，且光刻后的样品在磁控溅射腔体内只需交替溅射即可完成各层薄膜的制备，宽频带吸波多层薄膜制备工艺简单，成本低。

Description

一种宽频带吸波多层薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料制备领域，特别涉及一种宽频带吸波多层薄膜及其制备方法。
背景技术
随着军事、通信及IT行业的发展，电子器件需要集成更多微小元件，做到微型化的同时还需要满足在高频的应用。在电子器件高集成化、高频化发展中，宽频带的电磁信号充斥了整个空间，电磁环境变得更为复杂，设备之间的传导干扰，电磁辐射干扰引发了一系列的电磁兼容和设备可靠性问题亟待解决。
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，其吸收机制为磁矩的自然共振。为了实现在较宽频带对电磁波的吸收，则需拓宽薄膜的共振频带，在[L Zhang,M Li,X.Wang,etal.Study of Magnetic Properties of Ferromagnetic Microstructured MultilayerFilms[J].IEEE Magnetics Letters 2016,(99):1-1.]文中公开了一种FeNi/SiO2/FeCoSiB条纹多层薄膜，该吸波制备于Si衬底上，由下至上为FeNi连续薄膜、SiO2连续薄膜和FeCoSiB条纹薄膜，该薄膜的共振峰呈现明显的双峰，双峰为FeNi薄膜与FeCoSiB条纹薄膜的共振峰的组合，即实现拓宽薄膜共振峰的效果；但是，在其制备过程中需要用到FeNi靶材，FeCoSiB靶材，SiO2靶材，制备成本较高，在制备过程中还需在SiO2薄膜制备好后将样品取出进行光刻，然后再次进行FeCoSiB条纹薄膜的溅射制备，制备工艺复杂。
因此，现有技术中，宽频带吸波多层薄膜存在制作成本高、工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制作成本低、工艺简单的宽频带吸波多层薄膜及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种宽频带吸波多层薄膜，该多层薄膜为制备于衬底上的多层薄膜，由单元结构周期性排列而成，单元结构间的间距为1um～10um，单元结构由n个宽度为1μm～30μm的双层条形薄膜堆叠而成，n≥1，双层条形薄膜由下至上为磁性薄膜，隔离层薄膜；各双层条形薄膜的磁性层为同一Fe基材料，厚度均大于20nm，且厚度各不相同；各双层条形薄膜的隔离层材料为SiO2，Cu或Al2O3非磁性材料，厚度相同且大于6nm。
宽频带吸波多层薄膜的制备方法包括如下步骤：
步骤1、将衬底清洗干净，吹干后在衬底表面进行光刻，形成组合胶膜；该胶膜由均匀的条形胶膜组合而成的，各条形胶膜宽度为1μm～10μm，厚度为0.5μm～1.5μm，各条形胶膜的间距宽度为1μm～30μm，条形胶膜的数量大于等于2；
步骤2、将光刻后的衬底置于磁控溅射腔体内的样品载台上固定，采用直流磁控溅射法溅射一层Fe基磁性薄膜，溅射时沿条形胶膜长轴方向外加200Oe-2000Oe的静态磁场，然后采用射频磁控溅射法溅射一层厚度大于6nm的隔离层；
步骤3、重复步骤2的溅射方法反复溅射n次，得到镀膜后的样品；其中，Fe基薄膜厚度均大于20nm，且厚度各不相同；
步骤4、将镀膜后的样品置于丙酮溶液中进行超声清洗将胶膜剥离，最终制得宽频带吸波多层薄膜。
本发明的有益效果是：本发明仅使用一种磁性Fe基材料，节约了靶材成本，光刻工艺直接在衬底上进行，且光刻后的样品在磁控溅射腔体内只需交替溅射即可完成各层薄膜的制备，宽频带吸波多层薄膜制备工艺简单。
附图说明
图1是本发明提供的薄膜沿多层薄膜单元短轴方向的截面示意图；
图2是实施例1的磁导率测试图；
图3为不同的样品的磁导率虚部对比图。
具体实施方式
实施例1：
宽频带吸波多层薄膜制备于5mm×15mm的Si(111)衬底上，薄膜由单元结构周期性排列而成，单元结构由2个宽度为6.5μm的双层条形薄膜堆叠而成，单元结构间的间距为3.5μm，双层条形薄膜由下至上为Fe66Co17Si1B16磁性薄膜，隔离层SiO2薄膜；由下至上第一层Fe66Co17Si1B16磁性薄膜厚度为40nm，第二层FeCoSiB磁性薄膜厚度为65nm，隔离层SiO2薄膜的厚度均为10nm。
上述宽频带吸波多层薄膜的制备方法包括如下步骤：
步骤1、将尺寸为5mm×15mm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进行光刻，在衬底表面得到组合胶膜。该胶膜由均匀的条形胶膜组合而成的，各条形胶膜宽度为3.5μm，间距为6.5μm，厚度为1.0μm；
步骤2、将经过光刻后的衬底置于磁控溅射腔体中，溅射靶材为Fe66Co17Si1B16，溅射背景真空为5×10-5Pa，通入纯度大于等于99.99％的氩气使溅射气压为0.15Pa，使用直流磁控溅射，溅射时沿条形胶膜长轴方向外加1000Oe的静态磁场，设定溅射功率为60W，溅射速率为6.20纳米/分钟，溅射6分45秒，得到具有厚度为40nm的Fe66Co17Si1B16磁性薄膜底层；再使用射频磁控溅射，溅射靶材为SiO2，设定溅射功率为30W，溅射20分钟，得到厚度为10nm的绝缘层SiO2薄膜；
步骤3、重复前述Fe66Co17Si1B16薄膜制备工艺再溅射一层Fe66Co17Si1B16薄膜，溅射时间为溅射时间调整为17分48秒，得到厚度为110nm的Fe66Co17Si1B16薄膜，然后重复SiO2溅射工艺，再溅射一层厚度为10nm的绝缘层SiO2薄膜；
步骤4、将溅射完的样品放入丙酮中进行超声清洗，将胶膜剥离，再用酒精冲洗吹干后得到目标多层薄膜。
本发明还制备了其他不同厚度的样品，各样品与实施例1的区别仅在于单元结构中的双层条形薄膜中由下至上第二层FeCoSiB磁性薄膜厚度为55nm、60nm和90nm。
经过短路微带线法测试上述实施例1中制得的薄膜材料得到如图2所示的磁导率虚部测试图。所有样品的磁导率虚部测试对比如图3所示，所有共振峰在4.8GHz左右都有一个馒头峰一样的凸起，而不是平滑的过度到主峰上。实施例1中，实部可以明显观察到双峰存在，各样品实现了薄膜宽带的效果，本发明提供的宽频带吸波多层薄膜仅使用一种磁性Fe基材料，节约了靶材成本，光刻工艺直接在衬底上进行，且光刻后的样品在磁控溅射腔体内无需更换靶材，只需交替溅射即可完成各层薄膜的制备，宽频带吸波多层薄膜制备工艺简单。

Claims (2)

1.一种宽频带吸波多层薄膜，该多层薄膜为制备于衬底上的多层薄膜，由单元结构周期性排列而成，其特征在于：
单元结构间的间距为1um～10um，单元结构由n个宽度为1μm～30μm的双层条形薄膜堆叠而成，n≥1，双层条形薄膜由下至上为磁性薄膜，隔离层薄膜；各双层条形薄膜的磁性层为同一Fe基材料，厚度均大于20nm，且厚度各不相同；各双层条形薄膜的隔离层材料为SiO2，Cu或Al2O3非磁性材料，厚度相同且大于6nm。
2.如权利要求1所述宽频带吸波多层薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将衬底清洗干净，吹干后在衬底表面进行光刻，形成组合胶膜；该胶膜由均匀的条形胶膜组合而成的，各条形胶膜宽度为1μm～10μm，厚度为0.5μm～1.5μm，各条形胶膜的间距宽度为1μm～30μm，条形胶膜的数量大于等于2；
步骤2、将光刻后的衬底置于磁控溅射腔体内的样品载台上固定，采用直流磁控溅射法溅射一层Fe基磁性薄膜，溅射时沿条形胶膜长轴方向外加200Oe-2000Oe的静态磁场，然后采用射频磁控溅射法溅射一层厚度大于6nm的隔离层；
步骤3、重复步骤2的溅射方法反复溅射n次，得到镀膜后的样品；其中，Fe基薄膜厚度均大于20nm，且厚度各不相同；
步骤4、将镀膜后的样品置于丙酮溶液中进行超声清洗将胶膜剥离，最终制得宽频带吸波多层薄膜。
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