采用射頻磁控傾斜共濺射制備了一系列的( Fe40Co40B20)1-x( Al2O3)x軟磁顆粒膜。分別研究了基片轉速及濺射氣壓對FeCoB – Al2O3薄膜微波磁特性影響。并通過改變FeCoB 靶以及Al2O3靶的濺射功率進一步調控了軟磁顆粒膜的磁特性和電阻率。研究結果表明在基片轉速為60 r /min，濺射氣壓為0. 2 Pa，FeCoB 靶的濺射功率為250 W，Al2 O3靶的濺射功率為100 W 時，獲得的FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜具備了優良的軟磁特性、微波磁特性和較高的電阻率。薄膜的飽和磁化強度為1.73 T，易軸難軸矯頑力均小于80 A/m，電阻率為126. 75 μΩ·cm，共振頻率高達2. 22 GHz，磁導率實部在2 GHz 仍大于400。

　　近年來，單片微波集成電路的發展促使磁性器件向小型化和高頻化發展，這也使得被廣泛應用到諸如電感器、噪聲抑制器、變壓器、磁性傳感器等小型化磁性器件中的非晶態軟磁薄膜必須具有GHz以上的工作頻率。共振頻率、磁導率以及渦流損耗是非晶態軟磁薄膜能否滿足GHz 頻段應用的三個關鍵參數。為了獲得高的共振頻率、高的磁導率以及低的渦流損耗，真空技術網(http://smsksx.com/)認為軟磁薄膜必須具有高的飽和磁化強度，高的電阻率以及適中的各向異性場。軟磁顆粒膜( MIGF) 由于其納米尺寸的磁性顆粒被非晶態絕緣介質相有效地隔離和包裹，使得這類薄膜同時具有良好的軟磁特性和高的電阻率而被廣泛的研究。為了獲得軟磁顆粒膜，本實驗采用了更易控制薄膜成分的射頻雙靶共濺射制備了一系列的( Fe40Co40B20)1 - x( Al2O3)x軟磁顆粒膜。通過振動樣品磁強計( VSM) 以及矢量網絡分析儀( VNA) 的測量，研究了基片轉速、濺射氣壓、以及雙靶濺射功率對于軟磁顆粒膜特性的影響。

實驗材料與方法

　　本實驗采用JZCK-500SJ 高真空濺射臺利用射頻磁控共濺射方法( 如圖1 所示) ，Fe40 Co40 B20合金靶以及Al2O3靶作為濺射靶材，尺寸規格為76 mm ×3 mm�；�片材料為25 mm × 25 mm 的康寧( 2875-25) 玻璃片。共濺射時，采用傾斜入射的方式將靶材的成分濺射到基片上去。靶基距固定為115 mm，本底真空度優于7 × 10 - 5 Pa，為了獲得面內單軸各向異性場，在平行于薄膜表面方向加了一個80 ×10² A/m 的感生磁場。在固定其他工藝參數的情況下，依次研究了基片轉速、濺射氣壓以及濺射功率對軟磁薄膜特性的影響。通過Lakeshore 7404 VSM 測量了軟磁顆粒膜的靜態磁特性; 采用HP8722ESVNA 及短路微帶線夾具測量了軟磁顆粒膜的磁譜;并利用傳統的四探針法測量了薄膜的電阻率( ρ) 。

圖1 雙靶傾斜共濺射示意圖

結論

　　為了獲得磁特性優良和高電阻率的FeCoBAl2O3軟磁顆粒膜，本文利用雙靶傾斜共濺射的方法制備薄膜，并分析了濺射工藝參數對薄膜磁特性的影響，得到以下結論:

　　(1) 采用雙靶傾斜共濺射方法能夠有效的控制薄膜的成分，通過調控濺射的工藝參數能夠用于制備FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜。

　　(2) 基片轉速在一定范圍內增加有助于形成均有的顆粒膜; 在一定程度內減少濺射氣壓有助于減少顆粒膜的低頻損耗; FeCoB 靶濺射功率在一定范圍內增大有利于提高薄膜的飽和磁化強度。

　　(3) 當FeCoB 靶濺射功率為250 W，Al2O3靶的濺射功率為100 W，濺射氣壓為0. 2 Pa，基片轉速為60 r /min，靶基距為115 mm，本底真空度優于7 ×10 - 5 Pa 時，制備出了具有優良磁性能和較高電阻率的FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜。