CN203878205U - 一种复合结构材料的电流磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，包括待镀基片、电源单元、旋转单元、施镀腔体与靶材；待镀基片与靶材分别设置在施镀腔体的内部；靶材正对于待镀基片，用于在电流磁控溅射作用下于待镀基片表面形成镀层；电源单元与待镀基片的两端连接，用于在待镀基片的两端导通电流，电流在待镀基片的周围形成磁场；旋转单元与待镀基片连接，用于驱动待镀基片旋转。本实用新型电流磁控溅射装置所制得的复合结构材料的巨磁阻抗效应和磁灵敏度明显增加。

Description

一种复合结构材料的电流磁控溅射装置

技术领域

本实用新型复合结构磁性材料的制备和制造技术领域，具体涉及一种复合结构材料的电流磁控溅射装置。

背景技术

巨磁阻抗效应传感器具有灵敏度高、响应时间短、无磁滞和稳定性好等优点，广泛应用于汽车传感器、电子罗盘、高密度存储、无损探伤等领域。目前，巨磁阻抗传感器敏感元件的结构形态已经由单质材料发展到复合结构材料，而复合结构材料由于在很低频率下就有较明显的巨磁阻抗效应，引起了广泛关注。

制备复合结构材料的方法主要有电镀、化学镀和磁控溅射法。其中，磁控溅射法制备的薄膜具有膜层均匀致密，成分易控制等优点。常用的复合结构材料磁控溅射制备工艺有掩膜法。掩膜法是将带有图形的金属掩膜片贴在基片上，然后溅射在基片上，去除掩膜片即可得到所需图形的薄膜。但是现有的磁控溅射技术无法控制磁性材料的磁结构，以致施镀后的传感器存在磁灵敏度不高的缺陷。图6显示的是利用背景技术磁控溅射方法制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线，可知该复合结构丝的磁阻抗效应很小，峰值仅为10％左右，并且峰值所对应的各向异性场较大，为±28奥斯特，相对的磁灵敏度很小。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中因无法控制磁性材料的磁结构导致施镀后的传感器磁灵敏度不高的缺陷，提出了一种复合结构材料的电流磁控溅射装置。本实用新型不仅能让基片实现旋转镀膜，实现制备的镀层均匀，并且还能在旋转的同时对其施加诱导磁场，控制磁性材料的磁结构。

本实用新型提出了一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，包括待镀基片、电源单元、旋转单元、施镀腔体与靶材；

所述待镀基片安装在所述旋转单元上，所述待镀基片设置在所述施镀腔体的内部；

所述靶材设置在所述施镀腔体的内部，并正对于所述待镀基片；

所述电源单元与所述待镀基片的两端电气连接。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述电源单元包括电源部件、负载部件、第一电刷部件与第二电刷部件；

所述第一电刷部件与所述第二电刷部件分别与所述待镀基片的两端电气连接；所述电源部件、所述负载部件、所述第一电刷部件、所述待镀基片与所述第二电刷部件串联连接形成电流通路。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第一电刷部件包括第一绝缘支承部、第一电刷与第一导电部；

所述第一绝缘支承部固定在施镀腔体内；

所述第一电刷的一端与所述第一绝缘支承部固定，另一端与所述第一导电部电气接触；

所述第一导电部与所述待镀基片连接。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第一导电部设置在所述旋转单元上，所述第一导电部与所述旋转单元之间设置有绝缘管。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第二电刷部件包括第二绝缘支承部、第二电刷与第二导电部；

所述第二绝缘支承部固定在施镀腔体内；

所述第二电刷的一端与所述第二绝缘支承部固定，另一端与所述第二导电部电气接触；

所述第二导电部与所述待镀基片连接。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第二导电部设置在所述旋转单元上，所述第二导电部与所述旋转单元之间设置有绝缘管。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述旋转单元包括电机部件与传动部件；所述待镀基片安装在所述传动部件中，所述电机部件与所述传动部件的一端连接。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述传动部件包括第一传动杆、第二传动杆与旋转支架；所述第一传动杆与所述电机部件连接，所述旋转支架连接所述第一传动杆与所述第二传动杆。

本实用新型提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，进一步包括：所述第二传动杆可旋转地设置在支撑杆上，所述支撑杆的底部与所述施镀腔体的底部固定。

本实用新型在电流磁控溅射过程中旋转待镀基片，并且能在旋转的待镀基片周围的空间施加诱导环向磁场，使磁性层产生环向磁结构。通过本实用新型电流磁控溅射装置所制得的复合结构材料的巨磁阻抗效应和磁灵敏度明显增加。并且本实用新型电流磁控溅射装置接口简单，易于实现与维护。

附图说明

图1为本实用新型中复合结构材料的电流磁控溅射装置的结构示意图。

图2为本实用新型中复合结构材料的电流磁控溅射装置的电源单元的示意图。

图3为本实用新型中复合结构材料的电流磁控溅射装置的旋转单元的示意图。

图4为通过待镀基片的电流在待镀基片的周围产生的环向磁场示意图。

图5为采用本实用新型装置所制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线图。

图6为利用背景技术磁控溅射技术所制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本实用新型没有特别限制内容。

图1为本实用新型中复合结构材料的电流磁控溅射装置的结构示意图。本实用新型的复合结构材料的电流磁控溅射装置包括待镀基片1、电源单元2、旋转单元3、施镀腔体4与靶材5。

待镀基片1安装在旋转单元3上，待镀基片1与靶材5分别设置在施镀腔体4的内部；靶材5正对于待镀基片1，靶材5会在电流磁控溅射作用下于待镀基片1表面形成镀层。

电源单元2与待镀基片1的两端连接，在电流导通的状态下，通过待镀基片1的电流会在待镀基片1的周围形成环向磁场，如图4所示。

如图3所示，旋转单元3与待镀基片1连接，用于驱动待镀基片1旋转。旋转单元3包括电机部件31与传动部件32。本实施例中传动部件32为两根同轴设置的传动杆321，322以及连接两根传动杆321，322的旋转支架323。其中，第一传动杆321与电机部件31连接，第一传动杆321由电机部件31驱动并旋转，同时旋转支架323带动第二传动杆322随第一传动杆321同步旋转。传动部件32还可以是传动带等其他传动机构，只要能够使待镀基片1旋转即可。

图2显示的本实用新型中复合结构材料的电流磁控溅射装置中电源单元的示意图，电源单元2包括电源部件21、负载部件22、第一电刷部件23与第二电刷部件24；第一电刷部件23与第二电刷部件24分别与待镀基片1的两端电气接触；电源部件21、负载部件22、第一电刷部件23、待镀基片1与第二电刷部件24串联连接并形成电流通路，用于待镀基片1上导通电流形成环向磁场，其环向磁场如图4所示。

其中，第一电刷部件23包括第一绝缘支承部231、第一电刷232与第一导电部233；第一绝缘支承部231固定在施镀腔体4内；第一电刷232的一端与第一绝缘支承部231固定，另一端与第一导电部233电气接触；第一导电部233安装在旋转单元3上，具体为套设在第一传动杆321上，并且第一导电部233与待镀基片1连接，在随传动部件32旋转时始终与待镀基片形成电流通路。类似地，第二电刷部件24包括第二绝缘支承部241、第二电刷242与第二导电部243；第二绝缘支承部241固定在施镀腔体4内；第二电刷242的一端与第二绝缘支承部241固定，另一端与第二导电部243电气接触；第二导电部243套设在第二传动杆322上并与待镀基片1连接，第二传动杆322在旋转支架323的带动下与第一传动杆321同轴旋转，从而带动第一传动杆321与第二传动杆322之间的待镀基片1同步旋转。

其中，传动部件32可以是绝缘材料制成的，还可以在传动部件32与第一导电部233之间设置绝缘管6使得第一导电部233与传动部件32之间绝缘。

参阅图1，在传动部件32中，为了提高待镀基片1旋转时的平稳度，将第二传动杆322可旋转地设置在支撑杆7顶端，支撑杆7的底端与与施镀腔体4的底部固定，使得第二传动杆322可以平稳地在支撑杆7上旋转。本实用新型的第二传动杆322不限于上述设置方式，还包括本领域技术人员能够想到的其他设置方式，例如，第二传动杆322还能以轴心与施镀腔体4的侧壁连接并可沿轴心旋转等方式设置在施镀腔体4中。

第二传动杆322与第二导电部243之间设有绝缘管，使得横轴与第二导电部243之间绝缘。

在电源单元中2的电流通路中，可增设开关与电流表来控制和测量该电流通路的工作情况。类似地，在旋转单元3中，在电机部件31的电源回路中，可增设开关与电流表来控制和测量该电流通路的工作情况。

以下提供一具体实施例，说明本实用新型电流磁控溅射装置的使用过程。其中，用铜丝作为待镀基片1，以Ni₈₀Fe₂₀合金为靶材5。施镀腔体4为真空，本底真空度为1.5*10^-4-2.0*10^-4Pa。待镀基片1的旋转速度为10-300转/秒。施镀时间为25-120分钟，待镀基片1的通电电流为10-150毫安。

在使用本实用新型电流磁控溅射装置之前，将待镀基片1，在丙酮浸泡30分钟后，用去离子水清洗干净，再在稀盐酸浸泡5分钟，之后用去离子水和酒精清洗，干燥后备用。

在使用本实用新型电流磁控溅射装置时，先将待镀基片1与靶材5设置在施镀腔体4内，靶材5正对于待镀基片1。将待镀基片1的两端与电源单元2电气连接，并将待镀基片1安装在旋转单元3的传动单元32中。打开电源单元2与旋转单元3，使待镀基片1在传动单元32的驱动下进行旋转，电源单元2与待镀基片1串联形成电流通路，在待镀基片1的周围形成环向磁场，靶材5在电流磁控溅射作用下在待镀基片1的表面形成镀层，对待镀基片1进行施镀。施镀过程中，本底真空为2.0×10^-4Pa，溅射功率为200W，铜丝的旋转速率为120rpm，在铜丝上施加100mA的电流，开始溅射，施镀时间为40min。完成施镀之后，待腔室冷却后取出复合结构丝。

本实施例制备的复合结构材料的磁阻抗效应变化曲线，如图5所示，横坐标为外加磁场，纵坐标为磁阻抗比值，定义巨磁阻抗效应为：

$\frac{\mathrm{\ΔZ}}{Z}\%\frac{Z\left(H\right)-Z\left(H_{\max }\right)}{Z\left(H_{\max }\right)}\×100\%;$

式中，巨磁阻抗效应，Z(Hmax)为所加最大外磁场下阻抗值，Z(H)为任一磁场下阻抗值。

利用现有技术制备的复合结构材料的磁阻抗效应变化曲线，如图6所示，横坐标为外加磁场，纵坐标为磁阻抗比值，定义巨磁阻抗效应为：

$\frac{\mathrm{\ΔZ}}{Z}\%\frac{Z\left(H\right)-Z\left(H_{\max }\right)}{Z\left(H_{\max }\right)}\×100\%$

与利用现有技术装置制备得到的复合结构材料的巨磁阻抗变化曲线相比，参阅图5与图6，图5中本实用新型制备的复合结构材料的巨磁阻抗效应明显增强，最大阻抗值增至80％(图6中现有技术约为10％)，各向异性场大幅减小，由图6现有技术中的±28奥斯特减小至±4奥斯特，磁灵敏度也由现有技术中0.4％/0e增加至8％/0e。

本实用新型的保护内容不局限于以上实施例。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，包括待镀基片(1)、电源单元(2)、旋转单元(3)、施镀腔体(4)与靶材(5)；

所述待镀基片(1)安装在所述旋转单元(3)上，所述待镀基片(1)设置在所述施镀腔体(4)的内部；

所述靶材(5)设置在所述施镀腔体(4)的内部，并正对于所述待镀基片(1)；

所述电源单元(2)与所述待镀基片(1)的两端电气连接。

2.如权利要求1所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述电源单元(2)包括电源部件(21)、负载部件(22)、第一电刷部件(23)与第二电刷部件(24)；

所述第一电刷部件(23)与所述第二电刷部件(24)分别与所述待镀基片(1)的两端电气连接；所述电源部件(21)、所述负载部件(22)、所述第一电刷部件(23)、所述待镀基片(1)与所述第二电刷部件(24)串联连接形成电流通路。

3.如权利要求2所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第一电刷部件(23)包括第一绝缘支承部(231)、第一电刷(232)与第一导电部(233)；

所述第一绝缘支承部(231)固定在施镀腔体(4)内；

所述第一电刷(232)的一端与所述第一绝缘支承部(231)固定，另一端与所述第一导电部(233)电气接触；

所述第一导电部(233)与所述待镀基片(1)连接。

4.如权利要求3所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第一导电部(233)设置在所述旋转单元(3)上，所述第一导电部(233)与所述旋转单元(3)之间设置有绝缘管。

5.如权利要求2所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第二电刷部件(24)包括第二绝缘支承部(241)、第二电刷(242)与第二导电部(243)；

所述第二绝缘支承部(241)固定在施镀腔体(4)内；

所述第二电刷(242)的一端与所述第二绝缘支承部(241)固定，另一端与所述第二导电部(243)电气接触；

所述第二导电部(243)与所述待镀基片(1)连接。

6.如权利要求5所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第二导电部(243)设置在所述旋转单元(3)上，所述第二导电部(243)与所述旋转单元(3)之间设置有绝缘管。

7.如权利要求1所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述旋转单元(3)包括电机部件(31)与传动部件(32)；所述待镀基片(1)安装在所述传动部件(32)中，所述电机部件(31)与所述传动部件(32)的一端连接。

8.如权利要求7所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述传动部件(32)包括第一传动杆(321)、第二传动杆(322)与旋转支架(323)；所述第一传动杆(321)与所述电机部件(31)连接，所述旋转支架(323)连接所述第一传动杆(321)与所述第二传动杆(322)。

9.如权利要求8所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，进一步包括：所述第二传动杆(322)可旋转地设置在支撑杆(7)上，所述支撑杆(7)的底部与所述施镀腔体(4)的底部固定。