[发明专利]一种Nd-Fe-B基永磁薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Nd‑Fe‑B基永磁薄膜，所述Nd‑Fe‑B基永磁薄膜位于基底表面，包括依次形成于基底上的Ta缓冲层、Nd‑Fe‑B层和Ta覆盖层，所述Ta缓冲层的热膨胀系数介于基底和Nd‑Fe‑B层的热膨胀系数之间，厚度为230‑1000nm。本发明还公开了一种上述Nd‑Fe‑B基永磁薄膜的制备方法与应用。本发明选择热膨胀系数介于基底以及Nd‑Fe‑B层热膨胀系数之间的Ta薄膜作为缓冲层，通过增加Ta薄膜的厚度有效提高了Nd‑Fe‑B基永磁薄膜与基底的结合能力，使得所制备的Nd‑Fe‑B基永磁薄膜在高温退火时仍然保持与基底的有效结合，从而有效解决了磁性膜高温热处理时易剥离的问题，在微电子及微机电系统中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于永磁薄膜技术领域，尤其涉及一种Nd-Fe-B基永磁薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

磁性元件的微型化是现代科技发展的必然要求，Nd-Fe-B基永磁薄膜磁性材料由于其具有高磁能积、高矫顽力等优异的磁性能，能够使得微型电机、制动器等微电子和微机电系统(MEMS)在低功耗下实现电与磁的交换。应用在磁MEMS中的Nd-Fe-B基永磁薄膜的厚度需要达到微米级(1μm)。然而，微米厚度的Nd-Fe-B基永磁薄膜存在薄膜易脱落的问题，这严重限制了其在磁性MEMS的制造。

通常地，Nd-Fe-B基永磁薄膜通过溅射沉积的方式制备，其中沉积态的组织为非晶态，需要经过高温晶化退火处理，使得Nd₂Fe₁₄B主相形核并长大，形成多晶膜，从而使得薄膜具备优异的磁性能。

磁性MEMS通常在Si基底上制造，由于Nd-Fe-B基永磁薄膜与基底之间存在热膨胀差异，随着Nd-Fe-B基永磁薄膜的厚度不断增加，其在热退火过程中产生的热应力也在不断增加，薄膜脱落倾向增大，直接影响薄膜的制备和应用。

公开号为CN 115020099 A的发明专利申请公开了一种增强Nd-Fe-B基永磁厚膜垂直磁各向异性的方法。该方法通过在Nd-Fe-B基永磁厚膜生长过程中插入隔离层，将Nd-Fe-B基单层厚膜变成Nd-Fe-B基多层厚膜，通过改变隔离层的厚度和层数，在增强了垂直磁各向异性的同时提高了膜基结合力。该方法解决的主要是随着厚度增长，Nd-Fe-B基永磁厚膜垂直磁各向异性下降的问题，就磁性膜剥离的问题而言，该方法工艺较为复杂。

目前，关于解决Nd-Fe-B基永磁薄膜脱落的研究还比较少，同时现有的解决磁性膜剥离的工艺较为复杂。因此，寻找一种简单且可行的方法来解决Nd-Fe-B基永磁薄膜在高温热处理过程中容易从基底表面脱落的问题对其应用具有重要的意义。

发明内容

为了解决Nd-Fe-B基永磁薄膜在高温热处理过程中容易从基底表面脱落的问题，本发明提供了一种Nd-Fe-B基永磁薄膜，该薄膜与基底的结合能力强，能够在高温热处理时，甚至当热处理温度高达900℃时仍与基底结合完好，未出现脱落现象。

一种Nd-Fe-B基永磁薄膜，所述Nd-Fe-B基永磁薄膜位于基底表面，其特征在于，所述Nd-Fe-B基永磁薄膜包括依次形成于基底上的Ta缓冲层、Nd-Fe-B层和Ta覆盖层，所述Ta缓冲层的热膨胀系数介于基底和Nd-Fe-B层的热膨胀系数之间，厚度为230-1000nm。

Nd-Fe-B层与基底之间是缓冲层，缓冲层作为直接与基底和磁性层相接触的材料，基底对Nd-Fe-B层的热应力将首先对缓冲层产生作用，进而传导进入Nd-Fe-B层。调整缓冲层的选择，以使薄膜各层级之间的热膨胀系数的差异最小化，可以降低磁性膜剥离的程度。本发明选择热膨胀系数介于基底以及Nd-Fe-B层热膨胀系数之间的Ta薄膜作为缓冲层，减少了薄膜各层级之间的热膨胀系数的差异，同时通过增加Ta缓冲层的厚度有效提高了Nd-Fe-B基永磁薄膜热处理时与基底的结合能力，有效解决了磁性膜高温热处理时易剥离的问题。

优选地，所述的基底为Si基底、Si/SiO₂基底或氧化铝基底。更优选地，所述的基底为Si(100)。