[发明专利]在衬底上利用磁控溅射制备薄膜的方法

说明书

本发明提供在衬底上利用磁控溅射制备薄膜的方法，该方法利用了磁控溅射技术，并通过将溅射源中心与衬底中心之间设置成一定角度，然后利用纯氧对衬底表面形成的溅射薄膜表面进行原位氧化形成双层薄膜。本发明通过磁控溅射技术，并通过设置溅射源中心与衬底中心成一定角度，最优选为30°角，靶材为钴，在柔性PEN衬底上可获得高性能的双层磁性薄膜结构，其交换偏置数值是目前已知同体系实验中在柔性衬底上制备获得的最大数值6217oe。并且该薄膜在柔性衬底上具有较好的保持性，在弯曲了500次后同等条件下测试交换偏置数值并无较大的差别，弯曲前后保持在10％之内。该方法对于刚性衬底同样适用。

技术领域

本发明涉及磁性超导材料制备技术领域，具体涉及在衬底上利用磁控溅射制备薄膜的方法。

背景技术

交换偏置效应是磁性材料中的铁磁层与反铁磁层接触时产生的一种界面效应。这种效应是磁性自旋材料的一个重要性能，在应用方面有很大的前景，是未来磁性随机存储、快速存储和磁性超导器件的重要性能指标之一。由于目前已知的可以用来产生交换偏置的体系有很多种，而铁磁材料和反铁磁材料也有很多种，所以目前交换偏置方面的研究和实验方法也多种多样。但是从目前的相关研究报道来看，各种体系的交换偏置数值并没有很大突破，并且有很多较好数据的交换偏置实验报道对实验设备有很高的要求，研究成本过高，并且反应条件也比较苛刻，因此，暂时都不具有实际应用前景。

磁控溅射制备薄膜是一种很普遍的方法，具有沉积速度快、基材温升低的优点，且对于大部分材料只要能制成靶材，就可以实现溅射。但是由于磁控溅射原子存在不可控性，因此不能百分百形成致密且均匀的层状薄膜。就目前的磁控溅射技术而言，薄膜大多没有很好的性能。

在柔性材料发展迅速的当下，人们对科技产品的要求还包括了产品的轻便性和便携性，这给相关的研究提供了清晰的方向，就是改变以往的刚性硅衬底，换用较为轻便且柔韧性好的柔性衬底，目前已被使用的柔性衬底有PI、柔性云母、PVDF、PEN等。已有很多在柔性衬底上利用各种方法制备铁磁层、反铁磁层薄膜或进行交换偏置的研究，这些研究里的交换偏置数值大多在200～600oe 左右，比如：在PI材料上制备的多层材料结构，获得的交换偏置数值为200oe；在柔性云母材料上制备的LSMO/NiO和Fe₃O₄/BFO这两种材料获得的交换偏置也在200oe和600oe；在PDMS上的交换偏置为135oe，虽有柔性但效果不甚理想。因此，在柔性衬底上制备综合性能优异且具有交换偏置效应的薄膜具有极高的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供在衬底上利用磁控溅射制备薄膜的方法，通过该方法，在柔性或刚性衬底上可制备出高性能的具有交换偏置效应的薄膜，并且在弯曲后仍保持原来的性能不减少。本发明的技术方案为：

在衬底上利用磁控溅射制备薄膜的方法，该方法利用了磁控溅射技术，并通过将溅射源中心与衬底中心之间设置成一定角度，然后利用纯氧对衬底表面形成的溅射薄膜表面进行原位氧化形成双层薄膜。

进一步地，所述一定角度为20°～30°。

优选地，所述一定角度为30°。

进一步地，所述方法包括以下步骤：

1)将衬底固定在磁控溅射腔的样品台，设置溅射源中心与衬底中心成一定角度；

2)将磁控溅射腔的真空度降至1×10^-3～1×10^-4Pa，然后通入惰性气体，控制惰性气体流量为30～50atm，调节磁控溅射腔气压在1.5×10^-1～2.0×10^-1Pa；

3)开启溅射源，控制溅射功率为80～100W，溅射时间为20～120s，并保持样品台固定不动，以在衬底表面形成溅射薄膜；