铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法.pdf

本发明涉及磁性薄膜材料的退火工艺领域，其公开了一种铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步骤：（A）用N2气清洁基片；（B）放在陶瓷平板上；（C）在激光退火炉中进行高温退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场;（D）取片。本发明的有益效果是：采用激光退火工艺进行热处理可以使退火周期短；退火便于准确定位处理，不影响周边和下方材料的性能；不需要高真空或惰性气体保护，没有不可控的杂质污染；可在较低的基体温度下进行退火，基体变形小，膜层材料不会有升华或分解发生；永磁薄膜结晶速度高。

1.  一种铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于:包括如下步骤：（A）用N2气清洁基片；（B）放在陶瓷平板上；（C）在激光退火炉中进行高温退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场;（D）取片。

2.   根据权利要求1所述的铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于：所述步骤（A）中，环境温度：16~28℃；环境湿度：<61%RH；高纯N2气压：>4 MPa。

3.  根据权利要求1所述的铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于：所述步骤（B）中，陶瓷平板上表面无污染，重金属含量小于0.001%。

4.  根据权利要求1所述的铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于：所述步骤（C）中，使用连续波在功率密度50-600 kW/cm²照射下激光退火，时间为10-1000ns，退火过程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的强磁场。

5.  根据权利要求1所述的铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，其特征在于：所述步骤（D）中，取片时基片温度需低于100℃。

铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法
技术领域
本发明涉及磁性薄膜材料的退火工艺领域，特别涉及一种铁氧体基板永磁薄膜的激光退火方法。
背景技术
随着电讯技术的日益发展，电子设备、元器件对小型化、集成化的要求越来越高。微波铁氧体环形器/隔离器作为T/R组件中的核心器件，在微波领域中有着极为重要的作用，因此它的小型化、集成化研究成了热点问题，传统的微波铁氧体器件采用永磁块体提供偏置磁场的工作方式，同时块状永磁体一般需要足够的体积腔体进行封装，这大大制约了环形器/隔离器小型化研究。
为了解决这一问题，在铁氧体基板上沉积永磁薄膜，让其提供垂直膜面的偏置磁场，成为环形器/隔离器小型化的可行方案。FePt、SmCo、NdFeB等永磁薄膜在适当晶体结构时具有高的磁晶各向异性能，c轴垂直取向的薄膜既有较高的矫顽力，又有良好的垂直各向异性，它的磁性能基本满足铁氧体微波器件的偏置磁场要求。但是，目前研究人员对永磁薄膜的制备只见于在Si、SiO₂、MgO等晶体结构优良的基板上，在铁氧体基板上制备垂直磁化的永磁薄膜还未见报道。
铁氧体基板具有多孔、易碎、疏松等特点，其物理和化学性能完全不同于常用的制备薄膜材料的衬底（Si，MgO，Al₂O₃）。因此，在铁氧体基板上制备相同的薄膜材料一般会采用不同的工艺过程，甚至可能需要重新设计该薄膜材料的结构，研究表明：采用CrRu、Cr等薄膜材料作为缓冲层可以大大改善永磁薄膜的磁性能，但是用传统退火炉进行高温热处理时，Cr 原子可能扩散到永磁薄膜中，破坏了永磁薄膜的磁性能。另外，传统的高温退火工艺需要铁氧体基片降温到100℃时才能从退火炉中取出（温度过高的基片在外界环境中容易破碎），这使得基片的降温时间过长（五个小时），大大影响了铁氧体基板永磁薄膜的制备效率。
发明内容
本发明提供了一种铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，用以解决现有技术中铁氧体基板永磁薄膜缓冲层在高温热处理中会扩散影响永磁薄膜磁性能和基片退火后降温时间过长的问题。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计一种铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步骤：（A）用N2气清洁基片；（B）放在陶瓷平板上；（C）在激光退火炉中进行高温退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场;（D）取片。
作为本发明的进一步改进：所述步骤（A）环境温度：16~28℃；环境湿度：<61%RH；高纯N2气压：>4 MPa；
作为本发明的进一步改进：所述步骤（B）陶瓷平板表面无污染，重金属含量小于0.001%；
作为本发明的进一步改进：所述步骤（C）使用连续波在功率密度50-600 kW/cm²照射下激光退火，时间为10-1000ns，退火过程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的强磁场。
作为本发明的进一步改进：所述步骤（D）取片时基片温度需低于100℃。
本发明的有益效果是：采用激光退火工艺进行热处理可以使退火周期短；退火便于准确定位处理，不影响周边和下方材料的性能；不需要高真空或惰性气体保护，没有不可控的杂质污染；可在较低的基体温度下进行退火，基体变形小，膜层材料不会有升华或分解发生；永磁薄膜结晶速度高。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
一种铁氧体基板永磁薄膜的快速退火方法，包括如下步骤：（A）用N2气清洁基片；（B）放在陶瓷平板上；（C）在激光退火炉中进行高温退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场;（D）取片；
所述步骤（A）环境温度：16~28℃；环境湿度：<61%RH；高纯N2气压：>4 MPa；
所述步骤（B）陶瓷平板表面无污染，重金属含量小于0.001%；
所述步骤（C）使用连续波在功率密度50-600 kW/cm²照射下激光退火，时间为10-1000ns，退火过程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的强磁场。
所述步骤（D）取片时基片温度需低于100℃。
为了实现微波铁氧体器件小型化、集成化，一种实施例中，铁氧体基板永磁薄膜的快速退火工艺，其中激光连续波的功率密度为50-600 kW/cm²，时间为10-1000ns，退火过程中在垂直膜面方向施加强磁场，以获得高磁能积的垂直磁化的永磁薄膜材料。
一种在铁氧体基板上制备永磁薄膜的快速退火工艺,首先用N2气清洁基片，然后进行激光退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场。
其具体步骤如下：（1）用N2气清洁基片；（2）放在陶瓷平板上；（3）在激光退火炉中进行高温退火处理，退火的同时在垂直膜面方向施加强磁场;（4）取片。
所述步骤（1）环境温度：16~28℃；环境湿度：<61%RH；高纯N2气压：>4 MPa；
所述步骤（2）陶瓷平板表面无污染，重金属含量小于0.001%；
所述步骤（3）使用连续波在功率密度50-600 kW/cm²照射下激光退火，时间为10-1000ns，退火过程中在垂直膜面方向施加18-22 KOe的强磁场。
所述步骤（4）取片时基片温度需低于100℃。
实施例1
（1）在环境温度：25℃；环境湿度：55%RH下用高纯气压： 4 MPa 的N2清洁基片；
（2）放入重金属含量小于0.001%的陶瓷平板；
（3）使用连续波在功率密度300 kW/cm²照射下激光退火，时间为100ns，退火过程中在垂直膜面方向施加20KOe的强磁场;
（4）基片温度需低于100℃时取片。
实施例2
按照实施例1的方法和步骤，但将步骤（3）中的连续波功率密度改为：400kW/cm²。
实施例3
按照实施例1的方法和步骤，但将步骤（3）中的时间为500ns
实施例4
按照实施例1的方法和步骤，但将步骤（3）中的强磁场改为22 KOe。
采用激光退火工艺进行热处理可以有效解决这个问题，激光退火的原理是样品表面吸收激光能量被加热而引起热效应，相比于传统退火工艺，它的优点在于：退火周期短；退火便于准确定位处理，不影响周边和下方材料的性能；不需要高真空或惰性气体保护，没有不可控的杂质污染；可在较低的基体温度下进行退火，基体变形小，膜层材料不会有升华或分解发生；永磁薄膜结晶速度高。
  以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。