钇铁石榴石铁氧体 (YIG) 是一种在室温中广泛应用的亚铁磁性材料, 由于其铁磁共振线宽窄、电阻率高、高频损耗小以及具有较高的法拉第旋光效率和较低的传播损耗, 是一种具有潜在应用价值的磁性材料, 不仅应用于现代电子工业及信息产业的微波器件中,如环形器、隔离器等,而且在非互易波导器件、集成光学器件和磁光记忆领域都拥有巨大的应用前景, 因此被广泛研究.
陕西某实验室采用伯东 KRI 考夫曼射频离子源 RFCIP220 射频磁控溅射沉积方法在 SrTiO3基片上制备 YIG 薄膜, 研究不同溅射参数对薄膜表面形貌、微观结构和磁性能的影响.
伯东 KRI 射频离子源 RFICP220 技术参数:
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离子源型号 |
RFICP220 |
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Discharge |
RFICP 射频 |
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离子束流 |
>800 mA |
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离子动能 |
100-1200 V |
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栅极直径 |
20 cm Φ |
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离子束 |
聚焦, 平行, 散射 |
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流量 |
10-40 sccm |
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通气 |
Ar, Kr, Xe, O2, N2, H2, 其他 |
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典型压力 |
< 0.5m Torr |
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长度 |
30 cm |
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直径 |
41 cm |
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中和器 |
LFN 2000 |
* 可选: 灯丝中和器; 可变长度的增量
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射频磁控溅射法是制备磁性薄膜最为常用的方法之一, 其优点是沉积温度低,可以获得均匀致密、大面积的薄膜,沉积过程中通过调节溅射功率、溅射气压、氧氩比和溅射时间等参数,从而改变薄膜厚度、晶粒尺寸, 得到高性能的薄膜材料.
结果表明:
在其他溅射参数不变的情况下, 薄膜的厚度随溅射时间成正比增长; 在衬底温度为500℃、溅射气压为1 Pa时, YIG 薄膜表面较致密, 晶粒大小均匀; 沉积薄膜的化学组分受氧分压的影响较大, 与靶材成分相比有一定偏差. 溅射气体为纯氩气时, YIG 薄膜的化学组分与靶材化学计量比接近, 制备的YIG薄膜中存在一定量的 Fe2+ 和氧空位; 当退火温度为 750℃ 时, 在氧气中热处理 40 min, 形成纯的 YIG 相,饱和磁化强度为134emu/cm3.
KRI 离子源的独特功能实现了更好的性能, 增强的可靠性和新颖的材料工艺. KRI 离子源已经获得了理想的薄膜和表面特性, 而这些特性在不使用 KRI 离子源技术的情况下是无法实现的.
因此, 该研究项目才采用 KRI 考夫曼射频离子源 RFCIP220 辅助溅射沉积工艺.
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