一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高频薄膜电感、变压器等的多层磁芯膜及其制备方法，具体涉及一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜及其制备方法。

背景技术

软磁材料的发展与人们生活条件的发展息息相关，它的发展经历了几个不同的阶段。(1)硅钢片，是常用软磁材料，它主要是用作电机和低频变压器。(2)坡莫合金，即铁镍合金，镍含量广泛，在35％-90％之间，在较弱磁场下具有较高的磁导率。(3)软磁铁氧体，包括Mn-Zn、Ni-Zn等。软磁铁氧体在高频下具有高磁导率、高电阻率、低损耗等特点。近年软磁铁氧体在终端应用方面，家电、汽车、电脑等传统领域的应用比率下降，云计算、大数据、5G、物联网、无线充电、新能源汽车、逆变器等领域需求增速较高。(4)纳米晶软磁合金，指晶粒的尺寸在纳米级别，这种材料和坡莫合金相比，也具有良好的软磁性能，同时具有高饱和磁化强度。在软磁薄膜方面主要是以Fe、Co、Ni为基础的合金薄膜或颗粒膜。随着电子集成度的提高，对软磁薄膜提出了新的要求，更高饱和磁化强度的需求，更高的磁导率、电阻率的需求，更低矫顽力的需求等。对于具有面内各向异性的软磁薄膜，基特尔公式描述了共振频率f

上式表明对于具有面内磁各向异性的软磁薄膜材料，可以通过选取高的饱和磁化强度4πM

由以上公式可以看出，当材料确定时，饱和磁化强度4πM

对于常见的铁氧体材料、NiFe等材料，都具有饱和磁化强度较低的缺点，不适合在高频下的应用。CoFe基合金具有较高的饱和磁化强度，它的一个缺点是电阻率低。常见的提升电阻率的方法有：(1)添加非磁元素形成非晶态，但是非磁元素的加入进一步降低了材料的饱和磁化强度，如添加Si、B等元素的含量在13at％时饱和磁化强度就会下降了20％左右，同时一定量B元素的加入可能会导致薄膜的各向异性下降，不利于薄膜的高频特性。(2)多层膜的方法，使用多层膜的方式提高电阻率有利于增加磁芯膜的厚度，抑制高频下的涡流损耗。常见的多层膜的制备为添加Si、B等元素的磁性膜同绝缘氧化层如MgO、SiO

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜及其制备方法。本发明多层磁芯膜中采用非晶金属磁性薄膜作为磁性层，得到了同时具有高饱和磁化强度和高电阻率的多层磁芯膜，该多层磁芯膜可以应用于高频薄膜传感器、变压器中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜，其特征在于，所述多层磁芯膜由非晶CoNiFe磁性层和CoNiFeO氧化绝缘层交替溅射得到；其中，所述非晶CoNiFe磁性层是采用Co

一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、采用磁控溅射法制备非晶CoNiFe磁性层：

将衬底和靶材放置于磁控溅射腔室内，其中靶材为Co

步骤2、向磁控溅射腔室内通入氧气，使得氩气和氧气的气压比为(1.3～9):1，然后进行反应溅射制备CoNiFeO氧化绝缘层，得到厚度为10～50nm的CoNiFeO氧化绝缘层；

步骤3、多次重复“步骤1-步骤2”的过程，交替溅射，形成厚度为0.6～6μm的多层磁芯膜。

进一步的，步骤2所述氧气的纯度大于99.99vol.％。

本发明提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜，由非晶CoNiFe磁性层和CoNiFeO氧化绝缘层交替溅射得到，为[CoNiFe/CoNiFeO]

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜，采用Co

2、本发明提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜，采用反应溅射法，在非晶CoNiFe磁性层形成后通入氧气，通过氧气与CoNiFe反应溅射形成氧化绝缘层，有效提高了电阻率，降低了高频涡流损耗。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的磁滞回线示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的磁谱示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，Co

图5为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的XRD衍射图；

图6为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的磁滞回线示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的磁谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

实施例

一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将硅基片依次采用丙酮和酒精清洗，去除有机物，然后在去离子水中超声振荡5min，氮气吹干待用；

步骤2、采用磁控溅射法在步骤1清洗后的硅基片上制备非晶CoNiFe磁性层：

将步骤1清洗后的硅基片衬底和靶材放置于磁控溅射腔室内，其中靶材为Co

步骤3、向磁控溅射腔室内通入纯度为99.999vol.％的氧气，使得氩气和氧气的气压比为2:1，保持溅射功率不变为0.25W/cm

步骤4、多次重复“步骤2-步骤3”的过程，交替溅射，形成厚度为0.6～6μm的多层磁芯膜。

图2为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的磁滞回线示意图；由图2可知，单层非晶CoNiFe磁性层的易轴矫顽力为2.8Oe，难轴矫顽力为4.4Oe，各项异性场为40Oe，饱和磁化强度为4πMs＝19.4KG。

图3为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的磁谱示意图；由图3可知，单层非晶CoNiFe磁性层的共振频率在2.42GHz，其虚部半高宽大小为Δf＝0.59GHz，有效阻尼因子为ɑ

图4为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，Co

图5为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜中，单层非晶CoNiFe磁性层的XRD衍射图；由于磁控溅射是一个极冷的过程，且由图4可以看出靶材具有面心立方(fcc)和体心立方(bcc)相共存的结构，故由图5可知，实施例成功制备得到了非晶结构的CoNiFe磁性层。

图6为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的磁滞回线示意图；由图6可知，多层磁芯膜的易轴矫顽力为5.14Oe，难轴矫顽力为3.85Oe，各向异性场为50Oe，饱和磁化强度为16.1kG。

图7为本发明实施例提供的一种基于非晶CoNiFe的多层磁芯膜的磁谱示意图；由图7可知，多层磁芯膜的共振频率为2.6GHz，其虚部半高宽大小为Δf＝0.94GHz，有效阻尼因子为ɑ