[发明专利]一种磁电传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁电传感器及其制备方法。所述磁电传感器包括磁电复合薄膜，该薄膜包括依次沉积于单面抛光单晶硅基片上的Ti/Pt电极层、AlN压电层、Ta隔离层和FeGaB磁致伸缩层。所述薄膜的制备方法为：清洗单面抛光单晶硅基片；在基片上采用磁控溅射法依次沉积Ti薄膜、Pt薄膜、AlN薄膜、Ta薄膜、FeGaB薄膜。本发明的磁电传感器是包括FeGaB和AlN的多层结构薄膜，具有灵敏度高、磁机电耦合性能优良等优点。

技术领域

本发明属于功能复合材料制备技术领域，具体涉及一种FeGaB与AlN复合磁电传感器及其制备方法。

背景技术

多铁性材料在数据存储、换能器、磁电传感器等高科技领域具有广阔的应用，因此近年来得到科研工作者的广泛关注。在诸多种类多铁性材料中，磁致伸缩/压电复合薄膜由于具有高的居里温度、高灵敏度和优良的磁机电耦合性能、结构简单、成本低等优点而受到重视。

磁电复合薄膜是由磁致伸缩薄膜/压电薄膜叠加而成，两层分别发生磁-机械、机械-电能量转换，实现了应力的有效传递并避免了磁致伸缩、压电两相之间的相反应。然而，层叠磁电复合材料也存在一些缺点，如：难于小型化以制备微型器件、兆赫兹条件下磁电耦合系数较低等问题。因此，克服层叠磁电复合材料的上述缺点，并使其制备工艺尽可能与半导体工艺相兼容具有重要的工程意义。在以往的研究中，AlN材料本身具有压电特性，又因AlN和Si具有较好的热匹配度并且与MEMS加工工艺相兼容，越来越被人们所重视，尤其在1MHz-100MHz频率范围内，其性能达到最佳，同时考虑到振动疲劳等因素，AlN在该频段的器件中有绝对优势。在磁致伸缩层的选择上，Terfenol-D(具有Laves相结构的TbDyFe)具有很大磁致伸缩系数，但Terfenol-D基磁电复合材料由于其相对较低的磁导率和高饱和磁场并不适合于低场中的应用；非晶FeBSiC合金具有高达40000的磁导率，但其磁致伸缩系数相对较小；相比FeBSiC和Terfenol-D两种材料，FeGaB材料兼备了二者的优势，FeGaB薄膜低磁场响应性能好于Terfenol-D薄膜，并且拥有比FeBSiC薄膜更大的磁致伸缩系数。更重要的是FeGaB/AlN这两种材料的匹配程度较高。本发明制备了一种可以检测微磁场的磁电传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁电传感器，该传感器在兆赫兹条件下磁电耦合系数高、灵敏度高。所述磁电传感器包括复合磁电薄膜，所述薄膜包括依次沉积于单面抛光单晶硅基片上的Ti/Pt电极材料，AlN压电材料，Ta隔离材料和FeGaB磁致伸缩材料。

一种所述磁电传感器的制备方法，其中复合磁电薄膜的制备包括以下步骤：

(1)将单面抛光单晶硅基片用酒精和丙酮超声清洗分别15-30min，然后用电吹风吹干，清洗干净后放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；

(2)在基片上采用磁控溅射法沉积Ti薄膜和Pt薄膜，其中，溅射靶材为Ti、Pt靶材，工作气压为0.1-0.4Pa，溅射功率为40-100W，保护气体为惰性气体；

(3)在Pt薄膜上采用磁控溅射法沉积AlN薄膜，其中，溅射靶材为Al靶材，并通入体积比为1:3的N2、Ar混合气体，工作气压0.5-2Pa，溅射功率为40-160W，保护气体为惰性气体；

(4)在AlN薄膜上采用磁控溅射法沉积Ta薄膜，溅射靶材为Ta靶材，工作气压为0.1-0.4Pa，溅射功率为40-100W，保护气体为惰性气体；

(5)采用磁控溅射法在Ta薄膜上沉积FeGaB薄膜，溅射靶材为FeGa靶材和B靶材，溅射功率分别为60-80W和50-80W，溅射时间为30-120min。

在步骤(2)中，所述Ti靶的溅射时间为1-10min，Ti薄膜的厚度为5-30nm；Pt靶的溅射时间为1-15min，Pt薄膜的厚度为10-90nm。