CN104167275B - 一种柔性磁薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性磁薄膜及其制备方法，该柔性磁薄膜具有柔性衬底和生长于柔性衬底表面的磁性材料，柔性衬底的粗糙度小于或等于10纳米；制备方法包括：将柔性基材剪裁成正方形作为柔性衬底；用异丙醇超声清洗柔性衬底10～15min并用氮气吹干；在真空度小于5×10‑ 5Pa的环境下采用直流磁控溅射法依次生长第一铂金层、钴层和第二铂金层；本发明的柔性磁薄膜延展性很好，能够很方便地进行弯曲并且在弯曲的同时其物理性质也不会发生大的改变，具有成本低廉和生产工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域，涉及一种磁薄膜及其制备方法。
背景技术
目前，磁薄膜已在自旋电子学器件、能源收割机、制动器以及微波装置等领域中得到了广泛的应用。然而，现有的磁薄膜大多数以硬性材料作为衬底，另外，其它少数的柔性磁薄膜是借助于硬性衬底并经过一系列处理后形成的，处理工艺比较繁琐、成本高、延展性较差，从而限制了其进一步地应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种成本低廉并且延展性好的柔性磁薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一种上述柔性磁薄膜的制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种柔性磁薄膜，具有：柔性衬底和生长于柔性衬底表面的磁性材料，其中，柔性衬底的粗糙度小于或等于10纳米。
上述的磁性材料包括：形成于柔性衬底表面的第一铂金层、形成于第一铂金层表面的钴层以及形成于钴层表面的第二铂金层。
上述的柔性磁薄膜还具有：形成于柔性衬底和第一铂金层之间的聚二甲基硅氧烷层。
上述的柔性衬底为正方形并且由纳米纸质材料制成。
一种制备上述的柔性磁薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)将柔性基材剪裁成正方形作为柔性衬底；
(2)用异丙醇超声清洗柔性衬底10～15min并用氮气吹干；
(3)在真空度小于5×10-5Pa的环境下采用直流磁控溅射法依次生长第一铂金层、钴层和第二铂金层。
上述的步骤(3)中，采用直流磁控溅射法生长第一铂金层和第二铂金层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa，优选为0.52Pa。
上述的步骤(3)中，采用直流磁控溅射法生长钴层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa，优选为0.52Pa。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
首先，本发明的柔性磁薄膜采用粗糙度小于或等于10nm的纳米纸质材料作为柔性衬底来生长磁性材料，该柔性衬底可直接获得，无需处理加工，具有成本低廉和生产工艺简单的优点。
另外，本发明的柔性磁薄膜延展性很好，能够很方便地进行弯曲并且在弯曲的同时其物理性质也不会发生大的改变，从而大大拓展了其应用领域。
附图说明
图1为本发明实施例一中的柔性磁薄膜的结构示意图。
图2为本发明实施例一中的处于平展状态时的柔性磁薄膜的磁滞回线图。
图3为本发明实施例一中的处于卷曲状态时的柔性磁薄膜的磁矩随角度变化图。
图4为本发明实施例一中的处于卷曲状态时的柔性磁薄膜的磁滞回线图。
图5为本发明实施例一中的处于卷曲状态时的柔性磁薄膜的结构示意图。
图6为本发明实施例一中的处于卷曲状态时的柔性磁薄膜的横向电阻率随温度变化图。
图7为本发明实施例一中的处于卷曲状态时的柔性磁薄膜的纵向电阻率随磁场变化图。
图8为本发明实施例二中的柔性磁薄膜的结构示意图。
附图标记：
柔性磁薄膜1、柔性衬底2、第一铂金层3、钴层4、第二铂金层5和聚二甲基硅氧烷层6。
具体实施方式
本发明提供了一种制备柔性磁薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)将柔性基材剪裁成正方形作为柔性衬底；
(2)用异丙醇超声清洗柔性衬底10～15min并用氮气吹干；
(3)在真空度小于5×10-5Pa的环境下采用直流磁控溅射法依次生长第一铂金层、钴层和第二铂金层。
其中，在步骤(3)中，采用直流磁控溅射法生长第一铂金层和第二铂金层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa，优选为0.52Pa。生长钴层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa，优选为0.35Pa。
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
本实施例提供了一种延展性好的柔性磁薄膜。如图1所示，该柔性磁薄膜1由柔性衬底2、第一铂金层3、钴层4和第二铂金层5这四层组成。
柔性衬底2由纳米纸质材料制成，其外形为边长为10mm的正方形并且表面的粗糙度小于或等于10纳米。粗糙度采用原子力显微镜对表面的形貌进行测量，然后使用NanoScopeAnalysis软件拟合出它的平均粗糙度。柔性衬底2优选为用来冲洗照片的纸，即由EastmanKodak company制作的一种照片纸。
第一铂金层3形成于柔性衬底2的上表面。钴层4形成于第一铂金层3的上表面。第二铂金层5形成于钴层4的上表面。第一铂金层3起到缓冲层的作用，第二层铂金层5起到覆盖层的作用。
本实施例所涉及的柔性磁薄膜1的制备方法包括如下步骤：
(1)、将柔性基材剪裁成边长为10mm的正方形作为柔性衬底2；
(2)、用异丙醇超声清洗该柔性衬底10min并用氮气吹干；
(3)、在真空度为2×10-6Pa的环境下采用直流磁控溅射法依次生长第一铂金层3、钴层4和第二铂金层5。
在上述步骤(2)中，用异丙醇超声清洗的时间可以为10～15min。
在上述步骤(3)中，采用直流磁控溅射法生长第一铂金层3和第二铂金层5时所采用的氩气气压为0.52Pa，生长钴层4时所采用的氩气气压为0.35Pa。
本实施例所涉及的柔性磁薄膜1具有良好的延展性。无论处于平展状态还是卷曲状态，该柔性磁薄膜1均具有垂直于膜面的磁各向异性的磁特征，并且表现出反常霍尔效应，能够在柔性电子器件、柔性磁传感器、低成本的霍尔器件等领域得以应用。
其中，磁各向异性是通过振动样品磁强计测量的。如图2所示，横轴代表磁场，纵轴代表磁矩，左上方的一系列数据代表缓冲层(即第一铂金层3)的厚度。针对处于平展状态的柔性磁薄膜1，随着其缓冲层厚度的增加，柔性磁薄膜的垂直于膜面的磁各向异性变得越来越强，最后趋于稳定。另外，随着缓冲层厚度的增加，柔性磁薄膜的矫顽力(即磁滞回线在横坐标轴上的截距)先增加后保持不变。磁滞回线在横坐标轴上的截距就是磁滞回线与横坐标轴的交点值，由图2可知磁滞回线与横坐标正半轴的交点值先变大后不变，在横坐标负半轴的情况也是一样。
如图3所示，横轴代表角度，纵轴代表磁矩，顶端的曲线是处于凹面卷曲状态的柔性磁薄膜的磁矩随角度的变化曲线，中间的曲线是处于凸面卷曲状态的柔性磁薄膜的磁矩随角度的变化曲线，底端的曲线是处于平展状态的柔性磁薄膜的磁矩随角度的变化曲线。因为磁矩始终是垂直于膜面的，所以当空间角度发生变化时，处于卷曲状态的柔性磁薄膜在空间内的磁各向异性与处于平展状态的柔性磁薄膜不同。磁各向异性的改变表明磁矩始终垂直于膜面，有助于垂直磁记录的应用。如图4所示，横轴代表磁场，纵轴代表磁矩，当所加磁场小于500Oe时随着磁场的减小磁矩沿着原路返回，说明该柔性磁薄膜1出现了类似于交换弹簧(exchangespring)的现象。该现象同时也体现的是柔性磁薄膜的磁矩垂直于膜面，这是其独有的性质。交换弹簧现象一般可在硬磁和软磁中观察到的，整体来说成本比较高。而该柔性磁薄膜不仅能很明显地观察到交换弹簧现象，而且成本较低，制造工艺简单。
本实施例中的柔性磁薄膜1的反常霍尔效应是在运输特性测量系统中进行测量的，其测量方法如下：在处于平展状态和卷曲状态的柔性磁薄膜上分别覆盖霍尔靶，然后通入电流，测量其横向电阻率以及纵向电阻率。图5的L表示纵向(即朝向纸里的方向)，H表示横向，所用图形是测量反常霍尔效应的原理图。测量时在垂直方向(即垂直于图形的方向)加磁场，沿着纵向方向通入电流，通过测量电压计算电阻进而计算对应的电阻率。图6的横轴代表温度，纵轴代表横向电阻率，位于上部的曲线是处于凹面卷曲状态的柔性磁薄膜的横向电阻率随温度的变化曲线，位于下部的曲线是处于平展状态的柔性磁薄膜的横向电阻率随温度的变化曲线。如图5和图6所示，由于纵向上存在的应力的作用，处于卷曲状态的柔性磁薄膜比处于平展状态的柔性磁薄膜的纵向电阻率大。如图7所示，因为横向上的应力比较弱，所以处于卷曲状态的柔性磁薄膜和处于平展状态的柔性磁薄膜的横向电阻率基本相同。
实施例二
在实施例一中，柔性磁薄膜1由柔性衬底2、第一铂金层3、钴层4和第二铂金层5这四层组成。然而，如图8所示，柔性磁薄膜还可以由柔性衬底2、聚二甲基硅氧烷层6(Polydimethylsiloxane,PDMS)、第一铂金层3、钴层4和第二铂金层5五层组成。
聚二甲基硅氧烷层6是通过旋涂机把聚二甲基硅氧烷甩在柔性衬底上而形成的。第一铂金层3是通过直流磁控溅射的方法在聚二甲基硅氧烷层6上生长的。
添加聚二甲基硅氧烷层6的目的是降低柔性衬底2表面的粗糙度。降低该粗糙度会降低柔性磁薄膜之间的磁钉扎作用从而该种柔性磁薄膜可以应用于畴壁位移器件。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种柔性磁薄膜，其特征在于：具有：柔性衬底和生长于所述柔性衬底表面的磁性材料，所述柔性衬底的粗糙度小于或等于10纳米；
所述柔性衬底由纳米纸质材料制成；
所述磁性材料包括：聚二甲基硅氧烷层、第一铂金层、形成于所述第一铂金层表面的钴层以及形成于所述钴层表面的第二铂金层；
所述聚二甲基硅氧烷层形成于所述柔性衬底和所述第一铂金层之间。
2.根据权利要求1所述的柔性磁薄膜，其特征在于：所述柔性衬底为正方形。
3.一种制备如权利要求1或2所述的柔性磁薄膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
将柔性基材剪裁成正方形作为柔性衬底；
用异丙醇超声清洗所述柔性衬底10～15min并用氮气吹干；
通过旋涂机把聚二甲基硅氧烷甩在柔性衬底上形成聚二甲基硅氧烷层；
在真空度小于5×10‐5Pa的环境下采用直流磁控溅射法依次生长第一铂金层、钴层和第二铂金层；
其中，第一铂金层生长在聚二甲基硅氧烷层上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述直流磁控溅射法生长所述第一铂金层和第二铂金层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述直流磁控溅射法生长所述第一铂金层和第二铂金层时所采用的氩气气压为0.52Pa。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述直流磁控溅射法生长所述钴层时所采用的氩气气压为0.1～3Pa。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用所述直流磁控溅射法生长所述钴层时所采用的氩气气压为0.35Pa。
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