一种复合结构材料的电流磁控溅射装置及其施镀方法
【专利摘要】本发明公开一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，包括待镀基片、电源单元、旋转单元、施镀腔体与靶材；待镀基片与靶材分别设置在施镀腔体的内部；靶材正对于待镀基片，用于在电流磁控溅射作用下于待镀基片表面形成镀层；电源单元与待镀基片的两端连接，用于在待镀基片的两端导通电流，电流在待镀基片的周围形成磁场；旋转单元与待镀基片连接，用于驱动待镀基片旋转。本发明电流磁控溅射方法所制得的复合结构材料的巨磁阻抗效应和磁灵敏度明显增加。本发明还公开了一种复合结构材料的电流磁控溅射方法。
【专利说明】一种复合结构材料的电流磁控溅射装置及其施镀方法
【技术领域】
[0001]本发明复合结构磁性材料的制备和制造【技术领域】，具体涉及一种复合结构材料的电流磁控溅射装置及其施镀方法。
【背景技术】
[0002]巨磁阻抗效应传感器具有灵敏度高、响应时间短、无磁滞和稳定性好等优点，广泛应用于汽车传感器、电子罗盘、高密度存储、无损探伤等领域。目前，巨磁阻抗传感器敏感元件的结构形态已经由单质材料发展到复合结构材料，而复合结构材料由于在很低频率下就有较明显的巨磁阻抗效应，引起了广泛关注。
[0003]制备复合结构材料的方法主要有电镀、化学镀和磁控溅射法。其中，磁控溅射法制备的薄膜具有膜层均匀致密，成分易控制等优点。常用的复合结构材料磁控溅射制备工艺有掩膜法。掩膜法是将带有图形的金属掩膜片贴在基片上，然后溅射在基片上，去除掩膜片即可得到所需图形的薄膜。但是现有的磁控溅射技术无法控制磁性材料的磁结构，以致施镀后的传感器存在磁灵敏度不高的缺陷。图6显示的是利用【背景技术】磁控溅射方法制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线，可知该复合结构丝的磁阻抗效应很小，峰值仅为IO %左右，并且峰值所对应的各向异性场较大，为±28奥斯特，相对的磁灵敏度很小。
【发明内容】
[0004]本发明克服了现有技术中因无法控制磁性材料的磁结构导致施镀后的传感器磁灵敏度不高的缺陷，提 出了一种复合结构材料的电流磁控溅射装置及其施镀方法。本发明不仅能让基片实现旋转镀膜，实现制备的镀层均匀，并且还能在旋转的同时对其施加诱导磁场，控制磁性材料的磁结构。
[0005]本发明提出了一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，包括待镀基片、电源单元、旋转单元、施镀腔体与靶材；所述待镀基片安装在所述旋转单元，所述旋转单元用于驱动所述待镀基片旋转；所述待镀基片与所述靶材分别设置在所述施镀腔体的内部；所述靶材正对于所述待镀基片，用于在电流磁控溅射作用下于所述待镀基片表面形成镀层；所述电源单元与所述待镀基片的两端连接，用于在所述待镀基片的两端导通电流，所述电流在所述待镀基片的周围形成磁场。
[0006]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述电源单元包括电源部件、负载部件、第一电刷部件与第二电刷部件；所述第一电刷部件与所述第二电刷部件分别与所述待镀基片的两端电气接触；所述电源部件、所述负载部件、所述第一电刷部件、所述待镀基片与所述第二电刷部件串联连接并形成电流通路，用于所述待镀基片上导通电流形成磁场。
[0007]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第一电刷部件包括第一绝缘支承部、第一电刷与第一导电部；所述第一绝缘支承部固定在施镀腔体内；所述第一电刷的一端与所述第一绝缘支承部固定，另一端与所述第一导电部电气接触；所述第一导电部与所述待镀基片连接。
[0008] 本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述第二电刷部件包括第二绝缘支承部、第二电刷与第二导电部；所述第二绝缘支承部固定在所述施镀腔体内；所述第二电刷的一端与所述第二绝缘支承部固定，另一端与所述第二导电部电气接触；所述第二导电部与所述待镀基片连接。
[0009]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射装置中，所述旋转单元包括电机部件与传动部件；所述待镀基片安装在所述传动部件中，所述电机部件与所述传动部件的一端连接。
[0010]本发明还提出了一种复合结构材料的电流磁控溅射方法，包括如下步骤:
[0011]步骤一:将待镀基片与靶材设置在施镀腔体内，所述靶材正对于所述待镀基片；
[0012]步骤二:将所述待镀基片的两端与电源单元电气连接，并将所述待镀基片与所述旋转单元连接；
[0013]步骤三:打开所述电源单元与所述旋转单元，使所述待镀基片发生旋转，并在所述待镀基片的周围形成磁场，所述靶材在电流磁控溅射作用下在所述待镀基片的表面形成镀层，对所述待镀基片进行施镀；
[0014]步骤四:关闭所述电源单元与所述旋转单元，取出施镀后的所述待镀基片得到复合结构材料。
[0015]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射方法中，所述施镀腔体内本底真空度为 1.5*10文2.0*l(T4Pa。
[0016]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射方法中，所述待镀基片的旋转速度为10-300 转秒。
[0017]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射方法中，所述施镀时间为25-120分钟，所述待镀基片的通电电流为10-150毫安。
[0018]本发明提出的复合结构材料的电流磁控溅射方法中，所述步骤一之前进一步包括对所述
[0019]待镀基片的预处理步骤，所述预处理步骤包括:
[0020]步骤a:去除所述待镀基片表面的油污；
[0021]步骤b:去除所述待镀基片的氧化层；
[0022]步骤c:清洗所述待镀基片并干燥。
[0023]本发明在电流磁控溅射过程中旋转待镀基片，并且能在旋转的待镀基片周围的空间施加诱导环向磁场，使磁性层产生环向磁结构。通过本发明电流磁控溅射方法所制得的复合结构材料的巨磁阻抗效应和磁灵敏度明显增加。并且本发明电流磁控溅射装置接口简单，易于实现与维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明中复合结构材料的电流磁控溅射装置的结构示意图。
[0025]图2为本发明中复合结构材料的电流磁控溅射装置的电源单元的示意图。
[0026]图3为本发明中复合结构材料的电流磁控溅射装置的旋转单元的示意图。
[0027]图4为本发明中复合结构材料的电流磁控溅射方法的流程图。[0028]图5为通过待镀基片的电流在待镀基片的周围产生的环向磁场示意图。
[0029]图6为采用本发明方法制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线图。
[0030]图7为利用【背景技术】磁控溅射方法制备的复合结构丝的巨磁阻抗变化曲线图。
【具体实施方式】
[0031]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0032]图1为本发明中复合结构材料的电流磁控溅射装置的结构示意图。本发明的复合结构材料的电流磁控溅射装置包括待镀基片1、电源单元2、旋转单元3、施镀腔体4与靶材5。
[0033]待镀基片I与靶材5分别设置在施镀腔体4的内部；靶材5正对于待镀基片1，靶材5会在电流磁控溅射作用下于待镀基片I表面形成镀层。
[0034]电源单元2与待镀基片I的两端连接，在电流导通的状态下，通过待镀基片I的电流会在待镀基片I的周围形成磁场。
[0035]如图3所示,旋转单元3与待镀基片I连接,用于驱动待镀基片I旋转。旋转单元3包括电机部件31与传动部件32。本实施例中传动部件32为两根同轴设置的传动杆321，322以及连接两根传动杆 321，322的旋转支架323。其中，第一根传动杆321与电机部件31连接，第一根传动杆321由电机部件31驱动并旋转，同时旋转支架323带动第二根传动杆322随第一根传动杆321同步旋转。传动部件还可以是传动带等其他传动机构，只要能够使待镀基片I旋转即可。
[0036]图2显示的本发明中复合结构材料的电流磁控溅射装置中电源单元的示意图，电源单兀2包括电源部件21、负载部件22、第一电刷部件23与第二电刷部件24 ;第一电刷部件23与第二电刷部件24分别与待镀基片I的两端电气接触；电源部件21、负载部件22、第一电刷部件23、待镀基片I与第二电刷部件24串联连接并形成电流通路，用于待镀基片I上导通电流形成环向磁场，其环向磁场如图5所示。
[0037]其中，第一电刷部件23包括第一绝缘支承部231、第一电刷232与第一导电部233 ;第一绝缘支承部231固定在施镀腔体4内；第一电刷232的一端与第一绝缘支承部231固定，另一端与第一导电部233电气接触；第一导电部233安装在旋转单元3上，具体为套设在第一根传动杆321上，并且第一导电部233与待镀基片I连接，在随传动部件32旋转时始终与待镀基片形成电流通路。类似地，第二电刷部件24包括第二绝缘支承部241、第二电刷242与第二导电部243 ;第二绝缘支承部241固定在施镀腔体4内；第二电刷242的一端与第二绝缘支承部241固定，另一端与第二导电部243电气接触；第二导电部243套设在第二根传动杆322上并与待镀基片I连接，第二根传动杆322在旋转支架323的带动下与第一根传动杆321同轴旋转,从而带动第一根传动杆321与第二根传动杆322之间的待镀基片I同步旋转。
[0038]其中，传动部件32可以是绝缘材料制成的，还可以在传动部件32与第一导电部233之间设置绝缘管6使得第一导电部233与传动部件32之间绝缘。
[0039]参阅图1，在传动部件32中，为了提高待镀基片I旋转时的平稳度，将第二根传动杆322可旋转地设置在支撑杆7顶端，支撑杆7的底端与与施镀腔体4的底部固定，使得第二根传动杆322可以平稳地在支撑杆7上旋转。本发明的第二根传动杆322不限于上述设置方式，还包括本领域技术人员能够想到的其他设置方式，例如，第二根传动杆322还能以轴心与施镀腔体4的侧壁连接并可沿轴心旋转等方式设置在施镀腔体4中。
[0040]第二根传动杆322与第二导电部243之间设有绝缘管,使得横轴与第二导电部243之间绝缘。
[0041]在电源单元中2的电流通路中，可增设开关与电流表来控制和测量该电流通路的工作情况。类似地，在旋转单元3中，在电机部件31的电源回路中，可增设开关与电流表来控制和测量该电流通路的工作情况。
[0042]图4显示了本发明中复合结构材料的电流磁控溅射方法的流程图，其中包括如下步骤:
[0043]步骤一:将待镀基片I与靶材5设置在施镀腔体4内，靶材5正对于待镀基片I ;
[0044]步骤二:将待镀基片I的两端与电源单元2电气连接，并将待镀基片I与旋转单元3连接；
[0045]步骤三:打开电源单元2与旋转单元3，使待镀基片I发生旋转，并在待镀基片I的周围形成磁场，靶材5在电流磁控溅射作用下在待镀基片I的表面形成镀层，对待镀基片I进行施镀；内本底真空度为1.5*10_4-2.0*10_4Pa。待镀基片I的旋转速度为10-300转/秒。施镀时间为25-120分钟，待镀基片I的通电电流为10-150毫安。 [0046]步骤四:关闭电源单元2与旋转单元3，取出施镀后的待镀基片I得到复合结构材料。
[0047]其中，步骤一之前进一步包括对待镀基片I的预处理步骤，预处理步骤包括:
[0048]步骤a:去除待镀基片I表面的油污；
[0049]步骤b:去除待镀基片I的氧化层；
[0050]步骤c:清洗待镀基片I并干燥。
[0051]以下提供一具体实例，进一步说明本发明电流磁控溅射方法的实施过程。
[0052]本实施例中，用铜丝作为待镀基片1，以Ni8tlFe2tl合金为靶材5。
[0053]步骤一:将一根铜丝在丙酮浸泡30分钟后，用去离子水清洗干净，再在稀盐酸浸泡5分钟，之后用去离子水和酒精清洗，干燥后备用；
[0054]步骤二:将铜丝安装于发明的第一导电部233与第二导电部243之间并电气连接，放于施镀腔体之中。施镀过程中，本底真空为2.0 X 10_4Pa，溅射功率为200W，铜丝的旋转速率为 120rpm ；
[0055]步骤三:在铜丝上施加IOOmA的电流,开始派射，施镀时间为40min ；
[0056]步骤四:等腔室冷却后，取出复合结构丝。
[0057]本实施例制备的复合结构材料的磁阻抗效应变化曲线，如图6所示，横坐标为外加磁场，纵坐标为磁阻抗比值，定义巨磁阻抗效应为:
ΔΖ0/ Z(ff)-Z(Hmax)
[0058]/o —VTij \ X i UO /o
zz (U.[0059]式中，
【权利要求】
1.一种复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，包括待镀基片(I)、电源单元(2)、旋转单元(3)、施镀腔体(4)与靶材(5)；所述待镀基片(I)安装在所述旋转单元(3)，所述旋转单元(3)用于驱动所述待镀基片(I)旋转；所述待镀基片(I)与所述靶材(5)分别设置在所述施镀腔体(4)的内部；所述靶材(5)正对于所述待镀基片(I)，用于在电流磁控溅射作用下于所述待镀基片(I)表面形成镀层； 所述电源单元(2)与所述待镀基片(I)的两端连接，用于在所述待镀基片(I)的两端导通电流，所述电流在所述待镀基片(I)的周围形成磁场。
2.如权利要求1所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述电源单元(2)包括电源部件(21)、负载部件(22)、第一电刷部件(23)与第二电刷部件(24)； 所述第一电刷部件(23)与所述第二电刷部件(24)分别与所述待镀基片(I)的两端电气接触； 所述电源部件(21)、所述负载部件(22)、所述第一电刷部件(23)、所述待镀基片(I)与所述第二电刷部件(24)串联连接并形成电流通路，用于所述待镀基片(I)上导通电流形成磁场。
3.如权利要求2所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第一电刷部件(23)包括第一绝缘支承部(231)、第一电刷(232)与第一导电部(233)； 所述第一绝缘支承部(231)固定在施镀腔体(4)内； 所述第一电刷(232)的一端与所述第一绝缘支承部(231)固定，另一端与所述第一导电部(233)电气接触； 所述第一导电部(233)与所述待镀基片(I)连接。
4.如权利要求2所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述第二电刷部件(24)包括第二绝缘支承部(241)、第二电刷(242)与第二导电部(243)； 所述第二绝缘支承部(241)固定在所述施镀腔体(4)内； 所述第二电刷(242)的一端与所述第二绝缘支承部(241)固定，另一端与所述第二导电部(243)电气接触； 所述第二导电部(243)与所述待镀基片(I)连接。
5.如权利要求1所述的复合结构材料的电流磁控溅射装置，其特征在于，所述旋转单元(3)包括电机部件(31)与传动部件(32);所述待镀基片(I)安装在所述传动部件(32)中，所述电机部件(31)与所述传动部件(32)的一端连接。
6.一种复合结构材料的电流磁控溅射方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:将待镀基片(I)与靶材(5)设置在施镀腔体(4)内，所述靶材(5)正对于所述待镀基片⑴； 步骤二:将所述待镀基片(I)的两端与电源单元(2)电气连接，并将所述待镀基片(I)与旋转单元(3)连接； 步骤三:打开所述电源单元(2)与所述旋转单元(3)，使所述待镀基片(I)发生旋转，并在所述待镀基片(I)的周围形成磁场，所述靶材(5)在电流磁控溅射作用下在所述待镀基片(I)的表面形成镀层，对所述待镀基片(I)进行施镀； 步骤四:关闭所述电源单元(2)与所述旋转单元(3)，取出施镀后的所述待镀基片(I)得到复合结构材料。
7.如权利要求6所述的复合结构材料的电流磁控溅射方法，其特征在于，所述施镀腔体(4)内本底真空度为1.5*10-4-2.0*10_4Pa。
8.如权利要求6所述的复合结构材料的电流磁控溅射方法，其特征在于，所述待镀基片(1)的旋转速度为10-300转/秒。
9.如权利要求6所述的复合结构材料的电流磁控溅射方法，其特征在于，所述施镀时间为25-120分钟，所述待镀基片(1)的通电电流为10-150毫安。
10.如权利要求6所述的复合结构材料的电流磁控溅射方法，其特征在于，所述步骤一之前进一步包括对所述待镀基片(1)的预处理步骤，所述预处理步骤包括: 步骤a:去除所述待镀基片(1)表面的油污； 步骤b:去除所述待镀基片(1)的氧化层； 步骤c:清洗所 述待镀基片(1)并干燥。
【文档编号】C23C14/35GK103981499SQ201410186496
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】赵振杰, 潘校齐, 嵇晓凤, 阮建中 申请人:华东师范大学