一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法。該方法選用具有各向異性熱膨脹系數(shù)的襯底，首先沿熱膨脹系數(shù)的絕對值較大的方向?qū)υ撘r底施加一定的與熱膨脹方向相反的應變，且所述的應變值大于當溫度從室溫下降到磁性薄膜最低工作溫度時襯底所產(chǎn)生的應變值，在該應變保持條件下在襯底表面生長磁性薄膜，待磁性薄膜生長完畢后撤去該應變，即得到磁各向異性的磁性薄膜。隨著溫度的增加，該磁性薄膜材料的磁各向異性增加，即具有正磁各向異性溫度系數(shù)，對于提高磁性薄膜器件的熱穩(wěn)定性具有重要的意義。
【專利說明】一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高頻電磁器件、微波器件、磁傳感器件中磁性薄膜的制備領域，尤其是 涉及一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法。

【背景技術】
[0002] 磁各向異性是磁性材料的一個基本參量，其大小決定了磁矩翻轉(zhuǎn)需要克服的能量 勢壘。隨著自旋電子學的快速發(fā)展，磁性薄膜被廣泛的應用于磁存儲、磁傳感、微波器件中， 對于信息科技的發(fā)展起著不可替代的作用。對于這些磁性薄膜器件，磁各向異性在其中發(fā) 揮了重要的作用，比如：在磁存儲領域，隨著磁記錄密度的提高，每個磁記錄單元的尺寸在 逐漸的縮小，為了克服熱擾動的影響就需要增加磁記錄單元的磁各向異性；在磁傳感器中， 磁各向異性的大小直接決定了傳感器的靈敏度和線性工作區(qū)間；在微波器件中，磁各向異 性的大小決定了共振頻率的大小，進而決定了器件的工作點和工作頻率范圍。
[0003] 眾所周知，熱穩(wěn)定性是上述磁性薄膜器件的基本參數(shù)，為了保證器件在一定的溫 度范圍內(nèi)能夠正常工作，器件必須具有良好的熱穩(wěn)定性。然而，任何物理參量都有一定的溫 度依賴特性，磁各向異性也不例外。一般來說，溫度的升高導致磁性薄膜的磁化強度下降， 進而導致磁各向異性降低。此外，溫度的升高往往也會導致磁性薄膜矯頑力的降低。這種 磁各向異性隨溫度的升高而下降的現(xiàn)象表明磁性薄膜具有負磁各向異性溫度系數(shù)。負磁各 向異性溫度系數(shù)導致磁矩翻轉(zhuǎn)所需克服的能量勢壘降低、矯頑力降低等，不利于器件的熱 穩(wěn)定。
[0004] 因此，如何通過結(jié)構(gòu)或者制備方法的改進，得到磁各向異性隨溫度的升高而保持 不變甚至提高的磁性薄膜，即該磁性薄膜具有正磁各向異性溫度系數(shù)，對磁性薄膜器件的 熱穩(wěn)定性具有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的制備方法得到的磁性薄膜往往具有負磁各向異性溫度系數(shù)的 問題，旨在提供一種磁性薄膜的制備方法，利用該方法能夠得到具有正磁各向異性溫度系 數(shù)的磁性薄膜，對于提高磁性薄膜器件的熱穩(wěn)定性具有重要的意義。
[0006] 為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明人經(jīng)過大量實驗探索后發(fā)現(xiàn)，當在襯底表面生長 磁性薄膜時（該磁性薄膜具有磁致伸縮性能，包括正磁致伸縮性能與負磁致伸縮性能），選 用具有各向異性熱膨脹系數(shù)（包括正的熱膨脹系數(shù)與負的熱膨脹系數(shù)）的襯底，首先沿熱 膨脹系數(shù)的絕對值較大的方向?qū)υ撘r底施加一定的與熱膨脹方向相反的應變，即，當襯底 具有正的熱膨脹系數(shù)時，沿著熱膨脹系數(shù)較大的方向?qū)σr底施加一定的壓應變；當襯底具 有負的熱膨脹系數(shù)時，沿著熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向?qū)σr底施加張應變，在該應變保 持條件下在襯底表面生長磁性薄膜，待磁性薄膜生長完畢后撤去該應變，則該磁性薄膜具 體表現(xiàn)如下：
[0007] (1)磁性薄膜是正磁致伸縮材料，襯底具有正的熱膨脹系數(shù)
[0008] 在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數(shù)較大的方向?qū)σr底施加壓應 變，薄膜生長結(jié)束后，撤去該壓應變，磁性薄膜承受來自襯底的張應變，其易磁化軸沿襯底 熱膨脹系數(shù)較大的方向，相對應地，其難磁化軸垂直于襯底熱膨脹系數(shù)較大的方向，即沿著 襯底熱膨脹系數(shù)較小的方向，如下表1所示；
[0009] 當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，發(fā)現(xiàn)沿著易磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)較 大的方向）的剩磁與沿著難磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)較小的方向）的剩磁的差值逐漸增 加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現(xiàn)正磁各向異性溫度系數(shù)。
[0010] (2)磁性薄膜是正磁致伸縮材料，襯底具有負的熱膨脹系數(shù)
[0011] 在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向?qū)σr底施 加張應變，薄膜生長結(jié)束后，撤去該張應變，磁性薄膜承受來自襯底的壓應變，其易磁化軸 沿襯底熱膨脹系數(shù)絕對值較小的方向，即垂直于襯底熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向，相對 應地，其難磁化軸沿襯底熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向，如下表1所示；
[0012] 當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，沿著易磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)絕對值 較小的方向）的剩磁與沿著難磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向）的剩磁的差值 逐漸增加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現(xiàn)正磁各向異性溫度系 數(shù)。
[0013] (3)磁性薄膜是負磁致伸縮材料，襯底具有正的熱膨脹系數(shù)
[0014] 在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數(shù)較大的方向?qū)σr底施加壓應 變，薄膜生長結(jié)束后，撤去該壓應變，磁性薄膜承受來自襯底的張應變，其易磁化軸沿襯底 熱膨脹系數(shù)較小的方向，即垂直于襯底熱膨脹系數(shù)較大的方向，相對應地，其難磁化軸沿襯 底熱膨脹系數(shù)較大的方向，如下表1所示；
[0015] 當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，發(fā)現(xiàn)沿著易磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)較 小的方向）的剩磁與沿著難磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)較大的方向）的剩磁的差值逐漸增 加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現(xiàn)正磁各向異性溫度系數(shù)。
[0016] (4)磁性薄膜是負磁致伸縮材料，襯底具有負的熱膨脹系數(shù)
[0017] 在該襯底表面生長磁性薄膜時，沿著襯底熱膨脹系數(shù)值較大的方向?qū)σr底施加張 應變，薄膜生長結(jié)束后，撤去該張應變，磁性薄膜承受來自襯底的壓應變，其易磁化軸沿襯 底熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向，相對應地，其難磁化軸垂直于襯底熱膨脹系數(shù)絕對值較 大的方向，即沿著襯底熱膨脹系數(shù)較小的方向，如下表1所示；
[0018] 當溫度升高時，對比該磁性薄膜的剩磁，發(fā)現(xiàn)沿著易磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)絕 對值較大的方向）的剩磁與沿著難磁化軸方向（熱膨脹系數(shù)絕對值較小的方向）的剩磁的 差值逐漸增加，即，隨著溫度的升高，該磁性薄膜的磁各向異性增強，呈現(xiàn)正磁各向異性溫 度系數(shù)。
[0019] 表1 :不同磁致伸縮材料與不同熱膨脹性能的襯底組合時施加的應變類型以及易 磁化軸的方向一覽表；
[0020]

【權利要求】
1. 一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法，所述的磁性薄膜是在襯底 表面生長制得，其特征是：包括如下步驟： 步驟（1):所述的襯底具有各向異性熱膨脹系數(shù)，沿某一互相垂直的X方向與Y方向的 熱膨脹系數(shù)不同；在X方向與Y方向中，沿熱膨脹系數(shù)的絕對值較大的方向?qū)υ撘r底施加應 變，具體如下： 當襯底具有正的熱膨脹系數(shù)時，沿著熱膨脹系數(shù)較大的方向?qū)σr底施加壓應變，所述 的壓應變值大于參考應變值，所述的參考應變值的測試方法是：在所述的磁性薄膜的工作 溫度區(qū)間，選擇最低的工作溫度為測試溫度，當溫度從室溫下降到該測試溫度時，所述襯底 發(fā)生熱膨脹或熱收縮所產(chǎn)生的應變值； 當襯底具有負的熱膨脹系數(shù)時，沿著熱膨脹系數(shù)絕對值較大的方向?qū)σr底施加張應 變，所述的張應變值大于參考應變值，所述的參考應變值的測試方法是：在所述的磁性薄膜 的工作溫度區(qū)間，選擇最低的工作溫度為測試溫度，當溫度從室溫下降到該測試溫度時，所 述襯底發(fā)生熱膨脹或熱收縮所產(chǎn)生的應變值； 步驟（2):室溫下，保持對襯底施加步驟（1)中所述的應變，在襯底表面生長所述的磁 性薄膜； 步驟（3):待所述的磁性薄膜生長完畢，撤去步驟（1)中所述的應變，即得到具有單軸 磁各向異性的磁性薄膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法，其 特征是：所述的襯底包括單晶襯底、陶瓷襯底、金屬襯底、有機物襯底、塑料襯底、鐵電襯底。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法，其 特征是：所述的磁性薄膜包括磁性金屬？6、&)、附，磁性合金？6-附、？6-6 &、&)46-8，磁性氧 化物 Fe304、La-Sr_Mn-〇3。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有正磁各向異性溫度系數(shù)的磁性薄膜的制備方法，其 特征是：所述的步驟（1)中，通過將襯底放置在凸模具或者凹模具對襯底施加應變，所述的 凸模具或者凹模具產(chǎn)生的應變?yōu)閠/2r，其中t為磁性薄膜和襯底的厚度，r為模具的曲率半 徑。
【文檔編號】H01F10/26GK104064350SQ201410301158
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉宜偉, 李潤偉, 王保敏, 詹清峰 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所