专利名称：钇铁石榴石薄膜结构及制备方法
技术领域：
本发明属于电子材料领域，它特别涉及钇铁石榴石薄膜材料的射 频磁控溅射制备方法。
背景技术：
石榴石薄膜由于其优异的法拉第旋光效应和低传输损耗，在高性 能非互易波导器件、集成磁光器件和微波器件中被认为是一种很有前
景的材料。同时Si在集成电路中占有重要地位，以Si为衬底的薄膜其 研究制备变得非常热门，因为其可能实现Si基微电子器件和光学波导 的集成。关于石榴石在Si衬底上的制备已经有很多文献提及，石榴石 薄膜在Si衬底上并不像制备在其他衬底上，如石英、GGG、 ^203衬 底等，那样容易被晶化完全，因此其磁性能和磁光性能较之存在很大 差距。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的钇铁石榴石薄膜结 构，较现有技术，磁化强度和剩余磁化强度都有很大程度的提高，薄 膜的矫顽力减小，同时薄膜的表面粗糙度有很大的改善。
本发明所要解决的另一个技术问题是，提供前述钇铁石榴石薄 膜结构的制备方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，钇铁石榴石薄膜结 构，包括Si基片和其上的钇铁石榴石薄膜层，其特征在于，在Si基 片和钇铁石榴石薄膜层之间还有Ce02过渡层。Ce02过渡层为镀制在Si基片上。
本发明还提供钇铁石榴石薄膜结构制备方法，包括以下步骤 步骤一、清洗Si基片的表面；
步骤二、将清洗好的Si基片置于真空室，抽真空； 步骤三、在Si基片上溅射Ce02过渡层；
步骤四、在带有Ce02过渡层的Si基片上溅射钇铁石榴石薄膜； 步骤五、退火处理。 更具体的步骤为
步骤一、首先对基片的表面进行预处理，清洗步骤为-
(1) 用去离子水超声清洗；(2)用丙酮超声清洗；(3)用酒 清超声清洗；(4)用纯净水冲洗并烘干；
步骤二、将清洗好的基片置于真空室中的溅射台上，抽高真空。
步骤三、溅射Ce02过渡层当真空度达到5Xio-4Pa以下时，充 入氩气，使压强维持在7Xi(T'Pa，溅射Ce02;
步骤四、镀制钇铁石榴石薄膜；
步骤五、退火处理将溅射沉积的薄膜放入处理炉中，在真
空度小于10—2时，升温，保温一段时间后冷却。
本发明的有益效果是，与没有Ce02过渡层的石榴石薄膜材料相
比，本发明具有以下优点
薄膜的表面得到很大程度的改善，表面粗糙度明显减小。 薄膜的饱和磁化强度和剩余磁化强度提高，矫顽力下降。 以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1射频磁控溅射设备结构示意图。
其中，基片l，靶材2，沉膜室3，真空泵4，射频源5，循环冷 却水6，挡板7， Ar气入口 8,02气入口 9，真空计10。
图2石榴石薄膜在没有过渡层的Si衬底和有Ce02过渡层的Si 衬底上的晶化状态对比曲线图。
图3石榴石薄膜在没有过渡层的Si衬底和有Ce02过渡层的Si 衬底上的表面粗糙度照片对比。
图4石榴石薄膜在没有过渡层的Si衬底和有Ce02过渡层的Si 衬底上的磁滞回线对比曲线图。
图5石榴石薄膜在没有过渡层的Si衬底和有Ce02过渡层的Si 衬底上的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力随退火气氛的变化对 比曲线图。
图6是本发明的钇铁石榴石薄膜结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种钇铁石榴石薄膜结构，包括Si基片和其上的钇 铁石榴石薄膜层，在Si基片和钇铁石榴石薄膜层之间还有Ce02过渡 层。Ce02过渡层为镀制在Si基片上。
本发明采用图l所示的设备。钇铁石榴石薄膜结构制备方法为 步骤一、首先对基片的表面进行预处理，清洗步骤为
(1) 用去离子水超声清洗15min ;
(2) 重复(1);
(3) 用丙酮超声清洗15min;
(4) 重复(3);(5) 用酒清超声清洗15min。
(6) 重复(5); (7)用去大量纯净水冲洗并烘干。 步骤二、将清洗好的基片固定在托盘上并置于真空室中的溅射
台上。首先启动机械泵，打开低阀，两分钟后打开真空计；待真空度 达到2Pa以下时，关掉低阀，打开预阀，5分钟后打开涡轮分子泵； 待分子泵频率达到400Hz时，打开高阀，即开始抽高真空。
步骤三、溅射Ce02过渡层当真空度达到5Xl0-4Pa以下时，打 开气瓶，打开阀控开关，充入氩气，调整流量计，使压强维持在7X 10，a，打开Ce02射频溅射功率源，调整匹配，使反射降到最低，若 透过玻璃窗看到真空室起辉则说明成功开始溅射，以60W的功率进 行溅射，20分钟后停止，此时Ce02层的厚度约为15nm;
步骤四、镀制钇铁石榴石薄膜同样，打开钇铁石榴石射频溅射 功率源，调整匹配，使反射降到最低，若透过玻璃窗看到真空室起辉 则说明成功开始溅射，以卯W的功率进行溅射，为了防止基片温度 过高和损坏靶材，溅射过程中需要每两小时停一次，隔30分钟后再 继续溅射。溅射完毕后，关闭射频功率源，关闭阀控，将气瓶旋紧， 关掉流量计，关闭高阀，按下涡轮分子泵"OFF"开关，等待其频率 降为零之后关闭分子泵电源，关闭预阀，关掉真空计，关掉机械泵， 关掉总开关。
步骤五、通过溅射得到的薄膜是非晶的，必须通过退火处理使 其晶化。本发明采用快速退火工艺。将溅射沉积的薄膜放入处理 炉中，在真空度小于10—2时，升温至某指定温度，保温一段时 间在冷却，以使表面的薄膜化学成分、微结构等发生变化，从而达到改善薄膜性质的目的。
制备所得的薄膜结构示意图如图6。 61为Si基片，62为 Ce02过渡层，63为钇铁石榴石薄膜层。
由图2可见，没有加入过渡层的YIG薄膜，退火晶化后有 非晶相存在；有了Ce02过渡层以后，薄膜的晶化状态明显变 好，晶化完全。
由图3可见，没有过渡层的YIG薄膜表面粗糙度明显大于 加入过渡层的薄膜，这是由于Ce02过渡层抑制了薄膜晶粒的 长大。
由图4可见，加入过渡层以后，YIG薄膜的饱和磁化强度 和剩余磁化强度增大，同时矫顽力略有下降。
由图5可见，随着退火气氛气压的增加，两种薄膜的饱和 磁化强度、剩余磁化强度及矫顽力都在增加。同时在不同的退 火气压下，有过渡层的YIG薄膜的饱和磁化强度和剩余磁化强 度较之没有过渡层的薄膜增加，而矫顽力的结果反之。
权利要求
1、 钇铁石榴石薄膜结构，包括Si基片和其上的钇铁石榴石薄膜 层，其特征在于，在Si基片和钇铁石榴石薄膜层之间还有Ce02过渡层。
2、 如权利要求1所述的钇铁石榴石薄膜结构，其特征在于，Ce02 过渡层为镀制在Si基片上。
3、 钇铁石榴石薄膜结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、清洗Si基片的表面；步骤二、将清洗好的Si基片置于真空室，抽真空；步骤三、在Si基片上溅射Ce02过渡层；步骤四、在带有Ce02过渡层的Si基片上溅射钇铁石榴石薄膜；步骤五、退火处理。
4、 如权利要求3所述的钇铁石榴石薄膜结构制备方法，其特征在于，具体步骤为步骤一、首先对基片的表面进行预处理，清洗步骤为 (1) 用去离子水超声清洗；(2)用丙酮超声清洗；(3)用酒 清超声清洗；(4)用纯净水冲洗并烘干；步骤二、将清洗好的基片置于真空室中的溅射台上，抽高真空。 步骤三、溅射Ce02过渡层当真空度达到5X l0-4Pa以下时，充 入氩气，使压强维持在7Xi0-'Pa，溅射Ce02; 步骤四、镀制钇铁石榴石薄膜；步骤五、退火处理将溅射沉积的薄膜放入处理炉中，在真 空度小于10 —2时，升温，保温一段时间后冷却。
全文摘要
钇铁石榴石薄膜结构，属于电子材料领域，它特别涉及钇铁石榴石薄膜材料的射频磁控溅射制备方法。本发明包括Si基片和其上的钇铁石榴石薄膜层，在Si基片和钇铁石榴石薄膜层之间还有CeO<sub>2</sub>过渡层。本发明具有以下优点薄膜的表面得到很大程度的改善，表面粗糙度明显减小。薄膜的饱和磁化强度和剩余磁化强度提高，矫顽力下降。
文档编号H01F10/24GK101311374SQ20081004430
公开日2008年11月26日 申请日期2008年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者刘颖力, 唐晓莉, 张怀武, 文岐业, 李元勋, 杨青慧, 贾利军 申请人:电子科技大学