TbFeFe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备.pdf

蒋洪川等：TbFe／Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备 TbFe／Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备’ 蒋洪川，张万里，张金平，彭 斌，张文旭，杨仕清 (电子科技大学微电子与固体电子学院，四川成都610054) 摘 要： 采用双靶磁控溅射法制备了TbFe／Fe交换得了一定的效果，如S．H．Lim等人通过B元素的添 耦合磁致伸缩多层膜，考察了热处理时间、Fe层厚度、 加改善薄膜的微结构以及提高薄膜的玻璃相形成能 溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能 力，从而提高薄膜的低场磁致伸缩性能，对于掺B的 的影响。研究结果表明：TbFe磁致伸缩层与软磁Fe 层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜 10-4的形变[63；在基片的正反两面分别溅射具有正磁 的软磁性能和磁致伸缩性能；TbFe／Fe多层膜的磁致致伸缩性能的TbFe薄膜与具有负磁致伸缩性能的 伸缩性能对热处理时间、Fe层厚度、溅射功率、Ar气SmFe薄膜也可提高薄膜的低场磁致伸缩性能[73；对磁 分压等薄膜沉积参数十分敏感；与TbFe磁致伸缩薄致伸缩薄膜进行热处理或通过原位退火晶化以形成 膜相比TbFe／Fe交换耦合磁致伸缩多层膜水平方向TbFe／a—Fe纳米晶双相交换耦合提高薄膜的饱和磁化 的矫顽力从16kA／m降低到9．6kA／m。在外加磁场 强度Ms，从而降低薄膜的饱和磁场H。，提高薄膜的低 为8000A／m条件下，TbFe／Fe磁致伸缩多层膜最大场磁致伸缩性能。本文基于TbFe磁致伸缩层与Fe 磁致伸缩系数可达1．58×10～。 软磁层交换耦合的设计思想，在前期研究工作基础 关键词： 上[8]，采用直流磁控溅射方法并通过热处理制备硅基 TbFe／Fe多层膜；交换耦合；磁致伸缩；磁控 溅射 TbFe／Fe交换耦合磁致伸缩多层膜，以期提高薄膜的 中图分类号： TM271 文献标识码：A 低场灵敏度，重点考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射 文章编号：1001—9731(2005)02一0193一03 致伸缩性能的影响。 l 引 言 2 实 验 磁致伸缩(压磁)效应由于具有非接触、大形变(几 百ppm)、低驱动电压(毫伏级)、大的机电转换效率等 60℃铬酸洗液中超声清洗5min，用清水冲洗，再用丙 优点，因而在微机电系统(MEMS)中有着广阔的应用 前景。利用磁致伸缩薄膜可制备微型化、可调谐的声 酮和无水乙醇分别超声清洗5min，最后吹干Si表面残 表面波(SAW)器件、射频／微波微机械开关；利用材料留液体备用。溅射时采用双靶，含有40％(原子分数) 较高的磁致伸缩应变系数可制作各类MEMS伺服 器[1“]，如精密定位装置、微型马达、流体控制系统(微 靶以及纯铁靶，靶基距为14cm，背底真空度为2×10_4 泵、微阀等)，还可以应用于燃料注入系统、生物DNAPa，薄膜总层数为100层。溅射后的薄膜在真空晶化 检测等领域。 炉中通入氩气和氢气的混合气体(体积流量比Ar： 目前国内外已发展了直拉单晶法、粉末冶金法、熔 体快淬法、磁控溅射法等来制备被命名为Terfenol—D能采用振动样品磁强计(VSM)进行测试。薄膜的磁 的TbFe稀土磁致伸缩块状、片状、条带、薄膜材料，并致伸缩系数采用光杠杆悬臂梁法进行测量。 在一些器件中获得了应用。但由于TbFe材料本身的 3结果与讨论 各向异性大，为了获得大的磁致伸缩不得不施加大的 外加磁场(达105A·m-1量级)，这就给该材料的实际 应用带来了严重的问题，特别对器件的小型化、集成化 理时间￡之间的关系曲线。开始时|；【随热处理时间￡ 不利。对MEMS系统以及射频／微波微机械开关等用增大而增大，在￡为10min时达到最大值，随后迅速下 的磁致伸缩薄膜材料来说，这一问题更加突出，因为在