鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性薄膜材料的退火工藝領(lǐng)域，特別涉及一種鐵氧體基板永磁薄膜的激光退火方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電訊技術(shù)的日益發(fā)展，電子設(shè)備、元器件對(duì)小型化、集成化的要求越來(lái)越高。微波鐵氧體環(huán)形器/隔離器作為T(mén)/R組件中的核心器件，在微波領(lǐng)域中有著極為重要的作用，因此它的小型化、集成化研宄成了熱點(diǎn)問(wèn)題，傳統(tǒng)的微波鐵氧體器件采用永磁塊體提供偏置磁場(chǎng)的工作方式，同時(shí)塊狀永磁體一般需要足夠的體積腔體進(jìn)行封裝，這大大制約了環(huán)形器/隔離器小型化研宄。
[0003]為了解決這一問(wèn)題，在鐵氧體基板上沉積永磁薄膜，讓其提供垂直膜面的偏置磁場(chǎng)，成為環(huán)形器/隔離器小型化的可行方案。FePt、SmCo, NdFeB等永磁薄膜在適當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)時(shí)具有高的磁晶各向異性能，c軸垂直取向的薄膜既有較高的矯頑力，又有良好的垂直各向異性，它的磁性能基本滿(mǎn)足鐵氧體微波器件的偏置磁場(chǎng)要求。但是，目前研宄人員對(duì)永磁薄月旲的制備只見(jiàn)于在S1、Si02、MgO等晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)良的基板上，在鐵氧體基板上制備垂直磁化的永磁薄膜還未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]鐵氧體基板具有多孔、易碎、疏松等特點(diǎn)，其物理和化學(xué)性能完全不同于常用的制備薄膜材料的襯底(Si，MgO, Al2O3X因此，在鐵氧體基板上制備相同的薄膜材料一般會(huì)采用不同的工藝過(guò)程，甚至可能需要重新設(shè)計(jì)該薄膜材料的結(jié)構(gòu)，研宄表明:采用CrRu、Cr等薄膜材料作為緩沖層可以大大改善永磁薄膜的磁性能，但是用傳統(tǒng)退火爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，Cr原子可能擴(kuò)散到永磁薄膜中，破壞了永磁薄膜的磁性能。另外，傳統(tǒng)的高溫退火工藝需要鐵氧體基片降溫到100°C時(shí)才能從退火爐中取出(溫度過(guò)高的基片在外界環(huán)境中容易破碎)，這使得基片的降溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(五個(gè)小時(shí))，大大影響了鐵氧體基板永磁薄膜的制備效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中鐵氧體基板永磁薄膜緩沖層在高溫?zé)崽幚碇袝?huì)擴(kuò)散影響永磁薄膜磁性能和基片退火后降溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步驟:(A)用N2氣清潔基片；(B)放在陶瓷平板上；(C)在激光退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)；(D)取片。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(A)環(huán)境溫度:16~28°C ;環(huán)境濕度:〈61%RH ；高純N2氣壓:>4 MPa ；
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(B)陶瓷平板表面無(wú)污染，重金屬含量小于0.001% ； 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(C)使用連續(xù)波在功率密度50-600 kW/cm2照射下激光退火，時(shí)間為10-1000ns，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的強(qiáng)磁場(chǎng)。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟(D)取片時(shí)基片溫度需低于100°C。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:采用激光退火工藝進(jìn)行熱處理可以使退火周期短；退火便于準(zhǔn)確定位處理，不影響周邊和下方材料的性能；不需要高真空或惰性氣體保護(hù)，沒(méi)有不可控的雜質(zhì)污染；可在較低的基體溫度下進(jìn)行退火，基體變形小，膜層材料不會(huì)有升華或分解發(fā)生；永磁薄膜結(jié)晶速度高。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]一種鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步驟:(A)用N2氣清潔基片；(B)放在陶瓷平板上；(C)在激光退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)；(D)取片；
所述步驟(A)環(huán)境溫度:16~28°C ;環(huán)境濕度:〈61%RH ;高純N2氣壓:>4 MPa ；
所述步驟(B)陶瓷平板表面無(wú)污染，重金屬含量小于0.001% ;
所述步驟(C)使用連續(xù)波在功率密度50-600 kW/cm2照射下激光退火，時(shí)間為10-1000ns，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的強(qiáng)磁場(chǎng)。
[0012]所述步驟(D)取片時(shí)基片溫度需低于100°C。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)微波鐵氧體器件小型化、集成化，一種實(shí)施例中，鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火工藝，其中激光連續(xù)波的功率密度為50-600 kW/cm2，時(shí)間為10_1000ns，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)，以獲得高磁能積的垂直磁化的永磁薄膜材料。
[0014]一種在鐵氧體基板上制備永磁薄膜的快速退火工藝，首先用N2氣清潔基片，然后進(jìn)行激光退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)。
[0015]其具體步驟如下:(1)用N2氣清潔基片；(2)放在陶瓷平板上；(3)在激光退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)；(4)取片。
[0016]所述步驟(I)環(huán)境溫度:16~28°C ;環(huán)境濕度:〈61%RH ;高純N2氣壓:>4 MPa ；
所述步驟(2)陶瓷平板表面無(wú)污染，重金屬含量小于0.001% ;
所述步驟(3 )使用連續(xù)波在功率密度50-600 kW/cm2照射下激光退火，時(shí)間為10-1000ns，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的強(qiáng)磁場(chǎng)。
[0017]所述步驟(4)取片時(shí)基片溫度需低于100°C。
[0018]實(shí)施例1
(1)在環(huán)境溫度:25°C;環(huán)境濕度:55%RH下用高純氣壓:4 MPa的N2清潔基片；
(2)放入重金屬含量小于0.001%的陶瓷平板；
(3)使用連續(xù)波在功率密度300kW/cm2照射下激光退火，時(shí)間為100ns，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加20K0e的強(qiáng)磁場(chǎng)；
(4)基片溫度需低于100°C時(shí)取片。
[0019]實(shí)施例2
按照實(shí)施例1的方法和步驟，但將步驟(3)中的連續(xù)波功率密度改為:400kW/cm2。
[0020]實(shí)施例3 按照實(shí)施例1的方法和步驟，但將步驟(3)中的時(shí)間為500ns 實(shí)施例4
按照實(shí)施例1的方法和步驟，但將步驟(3)中的強(qiáng)磁場(chǎng)改為22 KOe。
[0021]采用激光退火工藝進(jìn)行熱處理可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，激光退火的原理是樣品表面吸收激光能量被加熱而引起熱效應(yīng)，相比于傳統(tǒng)退火工藝，它的優(yōu)點(diǎn)在于:退火周期短；退火便于準(zhǔn)確定位處理，不影響周邊和下方材料的性能；不需要高真空或惰性氣體保護(hù)，沒(méi)有不可控的雜質(zhì)污染；可在較低的基體溫度下進(jìn)行退火，基體變形小，膜層材料不會(huì)有升華或分解發(fā)生；永磁薄膜結(jié)晶速度高。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:包括如下步驟:(A)用N2氣清潔基片；(B)放在陶瓷平板上；(C)在激光退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng)；(D)取片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:所述步驟(A)中，環(huán)境溫度:16-280C ;環(huán)境濕度:<61%RH ;高純N2氣壓:>4 MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:所述步驟(B)中，陶瓷平板上表面無(wú)污染，重金屬含量小于0.001%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:所述步驟(C)中，使用連續(xù)波在功率密度50-600 kW/cm2照射下激光退火，時(shí)間為10-1000nS，退火過(guò)程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的強(qiáng)磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:所述步驟(D)中，取片時(shí)基片溫度需低于100°C。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及磁性薄膜材料的退火工藝領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種鐵氧體基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步驟：（A）用N2氣清潔基片；（B）放在陶瓷平板上；（C）在激光退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，退火的同時(shí)在垂直膜面方向施加強(qiáng)磁場(chǎng);（D）取片。本發(fā)明的有益效果是：采用激光退火工藝進(jìn)行熱處理可以使退火周期短；退火便于準(zhǔn)確定位處理，不影響周邊和下方材料的性能；不需要高真空或惰性氣體保護(hù)，沒(méi)有不可控的雜質(zhì)污染；可在較低的基體溫度下進(jìn)行退火，基體變形小，膜層材料不會(huì)有升華或分解發(fā)生；永磁薄膜結(jié)晶速度高。
【IPC分類(lèi)】H01F41-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104810146
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510231625
【發(fā)明人】郭韋, 倪經(jīng), 周俊, 黃豹, 鄒延珂
【申請(qǐng)人】西南應(yīng)用磁學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日