论文部分内容阅读
随着信息技术应用范围扩大和电子产品数字化发展,对电子器件和作为电子元器件的基础材料提出了更高的要求。目前,集成电路技术依然是以SIP（system in package）技术为主,这是因为电感元件占据了太大的面积,很难集成到电路中。为了满足当前电子元器件的轻薄短小、低功耗、高可靠性、数据的高速率传输和转换等要求,必须将集成电路技术由SIP技术向SOC（system on chip）技术转换。这个转换过程中的关键因素就是将过去做成插件的电感元件集成到电路中。磁性材料可以有效地增加电感材料的电感量,在满足相同电感量要求的前提下可缩小电感元件的尺寸,因此,对单片集成电路MIC（monolithic integrated circuits）中实现SOC技术的关键——磁性薄膜的制备已成为当前国内外的研究热点。本文采用了射频磁控溅射法制备MnZn铁氧体薄膜,着重研究了退火工艺对薄膜结构和性能的影响,明确了高性能MnZn铁氧体薄膜的工艺参数。在工艺参数优化的基础上,研究了薄膜厚度、组份和基片种类对MnZn铁氧体薄膜性能的影响。首先,介绍了MnZn铁氧体薄膜制备工艺,包括靶材的制备与薄膜制备的流程。其次,重点研究了退火工艺对薄膜性能的影响,退火工艺参数包括退火气压、退火温度、退火升温速率及退火气氛中氧含量。同时,考察了钟罩炉常压退火与真空退火对薄膜性能的影响。接着,在Si（100）基片上沉积180nm、320nm、450nm、800nm、1120nm不同厚度的MnZn铁氧体薄膜,研究了厚度对薄膜物相结构、显微形貌及磁性能的影响。分别在Si（100）,SiO2/Si（100）,玻璃,MgAl2O4（100）,MgAl2O4（111）,MgO（100）等不同基片上沉积了厚度450nm的Mn0.5Zn0.5Fe2O4铁氧体薄膜,分析了由于基片与薄膜之间的晶格结构与热膨胀系数的差异导致择优取向生长和磁性能变化。最后,制备了不同组份的MnZn铁氧体靶材,并利用上述优化的工艺溅射沉积了MnZn铁氧体薄膜,研究了薄膜样品的相结构、磁性能与组份间关系。研究结果表明,真空退火优于常压退火,真空退火较为理想的工艺条件是气压在1.4Pa,退火温度为600℃,氧含量5%,升温速率5℃/min;采用该优化的热处理工艺参数,400nm厚的Mn0.5Zn0.5Fe2O4铁氧体薄膜在室温下具有高的饱和磁化强度Ms为220KA/m,低的矫顽力Hc为7KA/m。薄膜厚度较厚时,晶粒尺寸较大,表面较为粗糙,但薄膜厚度也不易过薄,在做测试分析时信号太弱,在薄膜厚度为450nm时可获得较优的显微形貌及磁性能,其饱和磁化强度Ms为221KA/m,Hc为9.7KA/m。薄膜中组份（Mn含量）的变化影响磁性离子在A、B次晶格中的占位分布,结果表明:在相同的薄膜制备工艺与退火工艺条件下,Mn0.5Zn0.5Fe2O4的磁性能较好,饱和磁化强度Ms为213KA/m,Hc为7.2KA/m。不同类型基片上沉积的薄膜,由于晶格常数和热膨胀系数的差异,薄膜物相结构、微观形貌、磁性能都有很大差异。综合考虑,在Si基片上沉积薄膜是比较好的选择。