以Mo薄膜為襯底層，采用磁控濺射工藝在熱單晶Si(100)基片上制備了3um厚的SmCo7永磁薄膜，研究了薄膜在25~300℃范圍內(nèi)的高溫磁學(xué)行為。基于趨近飽和定律，建立了薄膜磁晶各向異性常數(shù)K1的計算方法，結(jié)合薄膜的高溫磁化曲線，獲得了K1隨溫度的變化關(guān)系。高溫磁滯回線測試結(jié)果表明，薄膜的剩磁比Mr/Ms隨著溫度的增加逐漸降低，說明Sm-Co晶粒的面內(nèi)取向受到了破壞。此外，薄膜的磁性能具有適當(dāng)?shù)臏囟纫蕾囮P(guān)系，并且溫度穩(wěn)定性良好，有利于實現(xiàn)器件應(yīng)用。

　　釤鈷(SmCo)稀土永磁材料具有高矯頑力、高磁能積、高居里溫度及低溫度系數(shù)等優(yōu)良特性，在軍工電子、航空航天技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域具有不可替代的作用，一直受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。由于SmCo永磁體的力學(xué)性能較差，分割尺寸有限，極大地限制了這類材料在小型化、智能化、集成化電子系統(tǒng)及產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用，如微電子機械系統(tǒng)(M℃MS)。因此，如何制備磁性能優(yōu)良且具有合適厚度的SmCo永磁是磁學(xué)領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向，也是當(dāng)前永磁材料在微結(jié)構(gòu)化集成技術(shù)中所面臨的一個突出問題。研究表明，磁控濺射、脈沖激光沉積及分子束外延等工藝是合成SmCo永磁薄膜的重要手段。在前文的研究當(dāng)中，采用磁控濺射工藝在單晶Si基片上制備了SmCo永磁薄膜，研究了濺射參數(shù)對薄膜成分的影響規(guī)律，建立了成分調(diào)控模型。隨后，研究了濺射參數(shù)對SmCo永磁薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和磁學(xué)性能的影響。通過制備Mo或Cr薄膜作為襯底層，可以改善SmCo薄膜的生長取向，獲得SmCo7(TbCu7型晶體結(jié)構(gòu))永磁薄膜。本文以Mo薄膜作為襯底，在單晶Si基片上制備了3um厚的SmCo7單相永磁薄膜，研究了溫度對薄膜磁性能的影響。

1、實驗

　　采用磁控濺射工藝在單晶Si(100)基片上依次沉積Mo、SmCo、Mo三層薄膜，構(gòu)成Mo+SmCo+Mo結(jié)構(gòu)。濺射系統(tǒng)為四靶結(jié)構(gòu)，靶基距均為6.5cm，本底真空度為8.0×10^-6 Pa，工作氣體為Ar(5N)，基片在濺射過程中沿著順時針和逆時針方向間歇性旋轉(zhuǎn)。制備SmCo薄膜所采用的靶材為Sm(Co0.62F℃0.25Cu0.1Zr0.03)7.5合金，濺射氣壓、濺射功率密度及基片加熱溫度分別為0.9Pa、5.1W/cm2及650℃，濺射速率為714nm/min，通過控制濺射時間使薄膜厚度達(dá)到3um。作為襯底層和保護(hù)層的Mo薄膜厚度分別為300和20nm。SmCo薄膜的厚度通過掃描電鏡(S℃M，JSM-6409)觀察斷面確定，晶體結(jié)構(gòu)采用X射線衍射(XRD，B℃d℃TM-2000)儀分析，磁化曲線和磁滯回線通過振動樣品磁強計(VSM，BHV-525)測定，測試精度為1×10-9A#cm2，測試溫度為25~300℃。

2、結(jié)果與討論

　　實驗制備SmCo薄膜為TbCu7型多晶結(jié)構(gòu)，晶粒生長呈現(xiàn)出良好的(110)取向，在大氣和10^-3 Pa真空度環(huán)境中經(jīng)300℃×8h老化后，晶體結(jié)構(gòu)和磁性能沒有發(fā)生變化。這說明在溫度低于300℃時，薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和磁學(xué)行為隨溫度的變化屬于可逆變化，發(fā)生突變的可能性很小，有利于實現(xiàn)器件應(yīng)用。

　　圖1給出了SmCo7薄膜的高溫磁化曲線，外加磁場范圍為0~1600kA/m，磁場方向與膜面平行。結(jié)果表明，當(dāng)外加磁場增加到1600kA/m時，薄膜的磁化強度接近飽和。隨著溫度的增加，薄膜的磁化強度逐漸降低。根據(jù)SmCo7薄膜的晶系特征及磁化曲線數(shù)據(jù)，在趨近飽和定律的基礎(chǔ)上作適當(dāng)推導(dǎo)，可以對薄膜的磁晶各向異性常數(shù)進(jìn)行研究。

圖1 SmCo7薄膜的高溫磁化曲線

3、結(jié)論

　　采用磁控濺射工藝在單晶Si基片上制備了Sm-Co7單相永磁薄膜，對薄膜在25~300℃范圍內(nèi)的高溫磁學(xué)行為進(jìn)行了研究，結(jié)論如下：

　　(1)薄膜在常溫下的磁晶各向異性常數(shù)K1低于塊體材料，并且當(dāng)溫度從25℃增加到300℃時，K1逐漸從1.25×105降低到0.91×10⁵J/m³，說明溫度的增加在一定程度上破壞了晶粒的取向，這與剩磁比Mr/Ms隨溫度的變化關(guān)系是一致的。

　　(2)薄膜的內(nèi)稟矯頑力Hci、最大磁能積(BH)max、剩磁Mr及飽和磁化強度Ms都隨著溫度的增加而降低，但都基本滿足一次線性關(guān)系，有利于實現(xiàn)薄膜的器件應(yīng)用。

　　(3)在25~300℃范圍內(nèi)，薄膜的剩磁和矯頑力溫度系數(shù)分別為-0.124%/℃及-0.091%/℃，溫度磁穩(wěn)定性良好。