專(zhuān)利名稱(chēng)：釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料領(lǐng)域，它特別涉及釔鐵石榴石薄膜材料的射 頻磁控濺射制備方法。
背景技術(shù)：
石榴石薄膜由于其優(yōu)異的法拉第旋光效應(yīng)和低傳輸損耗，在高性 能非互易波導(dǎo)器件、集成磁光器件和微波器件中被認(rèn)為是一種很有前
景的材料。同時(shí)Si在集成電路中占有重要地位，以Si為襯底的薄膜其 研究制備變得非常熱門(mén)，因?yàn)槠淇赡軐?shí)現(xiàn)Si基微電子器件和光學(xué)波導(dǎo) 的集成。關(guān)于石榴石在Si襯底上的制備已經(jīng)有很多文獻(xiàn)提及，石榴石 薄膜在Si襯底上并不像制備在其他襯底上，如石英、GGG、 ^203襯 底等，那樣容易被晶化完全，因此其磁性能和磁光性能較之存在很大 差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種新的釔鐵石榴石薄膜結(jié) 構(gòu)，較現(xiàn)有技術(shù)，磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度都有很大程度的提高，薄 膜的矯頑力減小，同時(shí)薄膜的表面粗糙度有很大的改善。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是，提供前述釔鐵石榴石薄 膜結(jié)構(gòu)的制備方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，釔鐵石榴石薄膜結(jié) 構(gòu)，包括Si基片和其上的釔鐵石榴石薄膜層，其特征在于，在Si基 片和釔鐵石榴石薄膜層之間還有Ce02過(guò)渡層。Ce02過(guò)渡層為鍍制在Si基片上。
本發(fā)明還提供釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟 步驟一、清洗Si基片的表面；
步驟二、將清洗好的Si基片置于真空室，抽真空； 步驟三、在Si基片上濺射Ce02過(guò)渡層；
步驟四、在帶有Ce02過(guò)渡層的Si基片上濺射釔鐵石榴石薄膜； 步驟五、退火處理。 更具體的步驟為
步驟一、首先對(duì)基片的表面進(jìn)行預(yù)處理，清洗步驟為-
(1) 用去離子水超聲清洗；(2)用丙酮超聲清洗；(3)用酒 清超聲清洗；(4)用純凈水沖洗并烘干；
步驟二、將清洗好的基片置于真空室中的濺射臺(tái)上，抽高真空。
步驟三、濺射Ce02過(guò)渡層當(dāng)真空度達(dá)到5Xio-4Pa以下時(shí)，充 入氬氣，使壓強(qiáng)維持在7Xi(T'Pa，濺射Ce02;
步驟四、鍍制釔鐵石榴石薄膜；
步驟五、退火處理將濺射沉積的薄膜放入處理爐中，在真
空度小于10—2時(shí)，升溫，保溫一段時(shí)間后冷卻。
本發(fā)明的有益效果是，與沒(méi)有Ce02過(guò)渡層的石榴石薄膜材料相
比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
薄膜的表面得到很大程度的改善，表面粗糙度明顯減小。 薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度提高，矯頑力下降。 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1射頻磁控濺射設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，基片l，靶材2，沉膜室3，真空泵4，射頻源5，循環(huán)冷 卻水6，擋板7， Ar氣入口 8,02氣入口 9，真空計(jì)10。
圖2石榴石薄膜在沒(méi)有過(guò)渡層的Si襯底和有Ce02過(guò)渡層的Si 襯底上的晶化狀態(tài)對(duì)比曲線(xiàn)圖。
圖3石榴石薄膜在沒(méi)有過(guò)渡層的Si襯底和有Ce02過(guò)渡層的Si 襯底上的表面粗糙度照片對(duì)比。
圖4石榴石薄膜在沒(méi)有過(guò)渡層的Si襯底和有Ce02過(guò)渡層的Si 襯底上的磁滯回線(xiàn)對(duì)比曲線(xiàn)圖。
圖5石榴石薄膜在沒(méi)有過(guò)渡層的Si襯底和有Ce02過(guò)渡層的Si 襯底上的飽和磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力隨退火氣氛的變化對(duì) 比曲線(xiàn)圖。
圖6是本發(fā)明的釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)，包括Si基片和其上的釔 鐵石榴石薄膜層，在Si基片和釔鐵石榴石薄膜層之間還有Ce02過(guò)渡 層。Ce02過(guò)渡層為鍍制在Si基片上。
本發(fā)明采用圖l所示的設(shè)備。釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)制備方法為 步驟一、首先對(duì)基片的表面進(jìn)行預(yù)處理，清洗步驟為
(1) 用去離子水超聲清洗15min ;
(2) 重復(fù)(1);
(3) 用丙酮超聲清洗15min;
(4) 重復(fù)(3);(5) 用酒清超聲清洗15min。
(6) 重復(fù)(5); (7)用去大量純凈水沖洗并烘干。 步驟二、將清洗好的基片固定在托盤(pán)上并置于真空室中的濺射
臺(tái)上。首先啟動(dòng)機(jī)械泵，打開(kāi)低閥，兩分鐘后打開(kāi)真空計(jì)；待真空度 達(dá)到2Pa以下時(shí)，關(guān)掉低閥，打開(kāi)預(yù)閥，5分鐘后打開(kāi)渦輪分子泵； 待分子泵頻率達(dá)到400Hz時(shí)，打開(kāi)高閥，即開(kāi)始抽高真空。
步驟三、濺射Ce02過(guò)渡層當(dāng)真空度達(dá)到5Xl0-4Pa以下時(shí)，打 開(kāi)氣瓶，打開(kāi)閥控開(kāi)關(guān)，充入氬氣，調(diào)整流量計(jì)，使壓強(qiáng)維持在7X 10，a，打開(kāi)Ce02射頻濺射功率源，調(diào)整匹配，使反射降到最低，若 透過(guò)玻璃窗看到真空室起輝則說(shuō)明成功開(kāi)始濺射，以60W的功率進(jìn) 行濺射，20分鐘后停止，此時(shí)Ce02層的厚度約為15nm;
步驟四、鍍制釔鐵石榴石薄膜同樣，打開(kāi)釔鐵石榴石射頻濺射 功率源，調(diào)整匹配，使反射降到最低，若透過(guò)玻璃窗看到真空室起輝 則說(shuō)明成功開(kāi)始濺射，以卯W的功率進(jìn)行濺射，為了防止基片溫度 過(guò)高和損壞靶材，濺射過(guò)程中需要每?jī)尚r(shí)停一次，隔30分鐘后再 繼續(xù)濺射。濺射完畢后，關(guān)閉射頻功率源，關(guān)閉閥控，將氣瓶旋緊， 關(guān)掉流量計(jì)，關(guān)閉高閥，按下渦輪分子泵"OFF"開(kāi)關(guān)，等待其頻率 降為零之后關(guān)閉分子泵電源，關(guān)閉預(yù)閥，關(guān)掉真空計(jì)，關(guān)掉機(jī)械泵， 關(guān)掉總開(kāi)關(guān)。
步驟五、通過(guò)濺射得到的薄膜是非晶的，必須通過(guò)退火處理使 其晶化。本發(fā)明采用快速退火工藝。將濺射沉積的薄膜放入處理 爐中，在真空度小于10—2時(shí)，升溫至某指定溫度，保溫一段時(shí) 間在冷卻，以使表面的薄膜化學(xué)成分、微結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，從而達(dá)到改善薄膜性質(zhì)的目的。
制備所得的薄膜結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。 61為Si基片，62為 Ce02過(guò)渡層，63為釔鐵石榴石薄膜層。
由圖2可見(jiàn)，沒(méi)有加入過(guò)渡層的YIG薄膜，退火晶化后有 非晶相存在；有了Ce02過(guò)渡層以后，薄膜的晶化狀態(tài)明顯變 好，晶化完全。
由圖3可見(jiàn)，沒(méi)有過(guò)渡層的YIG薄膜表面粗糙度明顯大于 加入過(guò)渡層的薄膜，這是由于Ce02過(guò)渡層抑制了薄膜晶粒的 長(zhǎng)大。
由圖4可見(jiàn)，加入過(guò)渡層以后，YIG薄膜的飽和磁化強(qiáng)度 和剩余磁化強(qiáng)度增大，同時(shí)矯頑力略有下降。
由圖5可見(jiàn)，隨著退火氣氛氣壓的增加，兩種薄膜的飽和 磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度及矯頑力都在增加。同時(shí)在不同的退 火氣壓下，有過(guò)渡層的YIG薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng) 度較之沒(méi)有過(guò)渡層的薄膜增加，而矯頑力的結(jié)果反之。
權(quán)利要求
1、 釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)，包括Si基片和其上的釔鐵石榴石薄膜 層，其特征在于，在Si基片和釔鐵石榴石薄膜層之間還有Ce02過(guò)渡層。
2、 如權(quán)利要求1所述的釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，Ce02 過(guò)渡層為鍍制在Si基片上。
3、 釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、清洗Si基片的表面；步驟二、將清洗好的Si基片置于真空室，抽真空；步驟三、在Si基片上濺射Ce02過(guò)渡層；步驟四、在帶有Ce02過(guò)渡層的Si基片上濺射釔鐵石榴石薄膜；步驟五、退火處理。
4、 如權(quán)利要求3所述的釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，具體步驟為步驟一、首先對(duì)基片的表面進(jìn)行預(yù)處理，清洗步驟為 (1) 用去離子水超聲清洗；(2)用丙酮超聲清洗；(3)用酒 清超聲清洗；(4)用純凈水沖洗并烘干；步驟二、將清洗好的基片置于真空室中的濺射臺(tái)上，抽高真空。 步驟三、濺射Ce02過(guò)渡層當(dāng)真空度達(dá)到5X l0-4Pa以下時(shí)，充 入氬氣，使壓強(qiáng)維持在7Xi0-'Pa，濺射Ce02; 步驟四、鍍制釔鐵石榴石薄膜；步驟五、退火處理將濺射沉積的薄膜放入處理爐中，在真 空度小于10 —2時(shí)，升溫，保溫一段時(shí)間后冷卻。
全文摘要
釔鐵石榴石薄膜結(jié)構(gòu)，屬于電子材料領(lǐng)域，它特別涉及釔鐵石榴石薄膜材料的射頻磁控濺射制備方法。本發(fā)明包括Si基片和其上的釔鐵石榴石薄膜層，在Si基片和釔鐵石榴石薄膜層之間還有CeO₂過(guò)渡層。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)薄膜的表面得到很大程度的改善，表面粗糙度明顯減小。薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度提高，矯頑力下降。
文檔編號(hào)H01F10/24GK101311374SQ20081004430
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者劉穎力, 唐曉莉, 張懷武, 文岐業(yè), 李元?jiǎng)? 楊青慧, 賈利軍 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)