[发明专利]一种Nd掺杂CoZr基高频软磁薄膜及其制备

说明书

技术领域

本发明属于软磁和薄膜材料领域，具体涉及一种共振阻尼增强的Nd掺杂CoZr基高频软磁薄膜及其制备。

背景技术

软磁材料是指在较弱的外加磁场下易于磁化、也易于退磁的磁性材料，磁导率大、矫顽力小、饱和磁感应强度高而磁滞损耗低。软磁材料主要包括软磁合金和软磁铁氧体两大类。

磁记录头、微电感、微变压器、电磁噪声抑制器和高频磁传感器等电磁器件的薄膜化、高频化，对高频软磁薄膜材料提出了更高的要求。具有面内单轴磁各向异性的高频软磁金属薄膜可在室温制备，适于电路集成工艺，因此成为近年来的研究热点。软磁金属薄膜种类繁多，包括多晶态的纯铁、FeSi合金、NiFe合金、FeCo合金等，非晶态的CoZr合金、CoNb合金、CoFeB合金等，以及上述合金与O、N以及AlO、SiO等构成的颗粒膜等。在众多体系中，CoZr合金由于其非晶特性，使得易于获得优异的软磁性能，因而常用于集成电路的吸波/滤波。

在具有优异软磁性能的前提下，在薄膜沉积过程中施加静磁场，可以在薄膜中诱导感生面内磁各向异性，产生面内易轴和面内难轴。当微扰磁场与易轴垂直，便产生围绕易轴的共振行为。这一进动过程的关键参数为共振频率和共振阻尼。

高阻尼系数有助于快速的动态磁化翻转以及工作频率范围的展宽。内禀阻尼的重要来源之一是自旋——轨道耦合。稀土元素，尤其是重稀土元素具有强的自旋——轨道耦合。研究表明以合金化的形式添加某些稀土元素，能够有效提高内禀阻尼。如William Bailey等人在IEEE Transactions on Magnetics,37,1749(2001)的文章“Control of magnetization dynamics in Ni₈₁Fe₁₉thin films through the use of rare-earth dopants”中报道了Tb元素能够大幅提高Ni₈₁Fe₁₉薄膜的阻尼，而稀土Gd元素对阻尼却没有影响；他们在Applied Physics Letters 82,1254(2003)的文章“Dopants for independent control of precessional frequency and damping in Ni₈₁Fe₁₉(50nm)thin films”中报道了Sm、Dy、Ho元素对于阻尼有更大影响，而Eu元素对阻尼没有影响。翟亚等人在Physical Review B 89,184412(2014)的文章“Enhancement of magnetization damping coefficient of permalloy thin films with dilute Nd dopants”中进一步报道了Nd元素也能够显著增强NiFe合金的内禀阻尼。

已有研究报道仅涉及NiFe合金。而翟亚等人的研究也表明，在NiFe合金中，稀土元素的掺杂导致磁各向异性由面内磁各向异性转为垂直磁各向异性，这虽然是上述报道中高阻尼的来源之一，但是磁各向异性方向的变化对于薄膜在高频电磁器件中的应用是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种共振阻尼增强的Nd掺杂CoZr基高频软磁薄膜及其制备。

实现本发明目的的技术解决方案是：本发明一种Nd掺杂CoZr基高频软磁薄膜，所述薄膜具体成分为Co_100-x-yZr_xNd_y，其中，x＝9～18,y＝1.5～3。

所述的薄膜厚度为100nm。

本发明一种Nd掺杂CoZr基高频软磁薄膜的制备，包括如下步骤：

第一步：将至少两片Zr薄片和两片Nd薄片，分别对称放置于Co靶上，构成复合靶；

第二步：利用高真空磁控溅射系统，抽真空至2×10^-5Pa，在Ar气溅射气压0.4Pa、流量16SCCM、功率100W的条件下，在Si衬底上溅射薄膜，溅射过程中施加磁场。

Zr薄片面积为5mm×5mm×0.5mm，数目为2～8片；Nd薄片面积为5mm×2.5mm×0.5mm，数目为2～4片；Co靶为直径75mm的圆形靶。

施加磁场采用永磁体，磁场强度为200Oe。