一種磁性納米陣列的製備及轉移方法
2023-06-20 03:44:21 1
一種磁性納米陣列的製備及轉移方法
【專利摘要】本發明提供了一種磁性納米陣列的製備及向金屬襯底轉移的方法。首先通過二次陽極氧化法製備未貫通的氧化鋁多孔模板，然後在模板的孔洞中沉積磁性納米材料，並通過控制沉積納米線長度使模板孔洞保留一定未填充深度，隨之在模板表面沉積金屬，形成具有納米孔洞的連續金屬膜，在一定溫度和壓力作用下同金屬襯底進行熱壓鍵合，最後溶解模板，實現磁性納米線向金屬襯底的轉移。本發明工藝簡單，操作方便，與微電子加工工藝兼容，尤其是利用形成的多孔納米金屬膜層的納米尺度效應，實現了低溫鍵合，在基於微機電系統的磁性傳感器製造領域具有廣泛應用前景。
【專利說明】一種磁性納米陣列的製備及轉移方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於微機電系統(MEMS)製造領域，特別是涉及一種與微電子加工工藝兼容的磁性納米陣列製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著物聯網技術的發展，各種高性能磁傳感器在汽車、生物、航天、自動化等領域發揮越來越重要的作用，尤其是基於MEMS技術的磁傳感器製造技術，具有體積小、靈敏度和集成度高等優勢，成為未來發展趨勢。MEMS磁傳感器製造的關鍵工藝是形成磁敏感元件，利用電化學或者濺射的方法沉積圖形化的磁性薄膜是常用的方法，但其性能指標仍有較大的提升空間。考慮到納米磁性陣列具有的一維特徵，顯示出與塊體材料不同的性質，尤其是巨磁阻抗效應、巨磁阻效應等具有更高的靈敏度，製備磁性納米陣列成為磁性傳感器製造的重要研究方向。
[0003]目前，磁性納米陣列的製備主要是利用模板法，在多孔氧化鋁模板上沉積磁性納米材料，溶解模板後形成磁納米線，實驗表明該方法工藝簡單，製備的納米線長度、直徑等指標易於控制，且表現出較強的磁性能，在磁傳感器製造方面具有較大的潛力。然而，MEMS磁性傳感器的製備要求敏感元件製備與微電子製造工藝兼容，實現模板法製備的磁納米陣列能夠在適當條件下轉移至襯底，形成機械和電方面的穩固連接。現有方法更多的是關注磁納米線陣列本身的製備工藝，未形成可靠的轉移和鍵合工藝。鑑於此，在模板法製備磁性納米陣列的基礎上，構造具有納米結構的金屬薄膜層，不僅能夠有效轉移納米陣列，而且金屬層的納米結構在熱壓鍵合過程的納米效應將有效降低工藝溫度和壓力，為新型MEMS磁傳感器的製造提供新的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種磁性納米陣列的製備及向金屬襯底轉移的方法，利用形成的多孔納米金屬膜層進行低溫鍵合，實現磁納米陣列製備工藝與MEMS磁傳感器製造
工藝兼容。
[0005]本發明公布的一種磁性納米陣列的製備及轉移方法，首先在未完全貫通的氧化鋁多孔模板上沉積磁性材料，形成磁性納米陣列，然後在未完全填充的模板上沉積金屬薄膜，利用形成的連續多孔納米金屬層與金屬襯底進行低溫熱壓鍵合，最後溶解模板，實現納米陣列轉移。具體方案為:首先通過二次陽極氧化法製備未貫通的氧化鋁多孔模板，然後在模板的孔洞中沉積磁性納米材料，並通過控制沉積納米線長度使模板孔洞保留一定未填充深度，隨之在模板表面沉積金屬，形成具有納米孔洞的連續金屬膜，在一定溫度和壓力作用下同金屬襯底進行熱壓鍵合，最後溶解模板，實現磁性納米線向金屬襯底的轉移。
[0006]本發明工藝簡單，操作方便，在模板法製備磁性納米陣列的基礎上，構造了具有納米結構的金屬薄膜層，其納米尺度效應有效降低了轉移過程中的工藝溫度和壓力，滿足新型MEMS磁傳感器的製造要求。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明磁性納米陣列製備及轉移工藝示意圖:(a)多孔氧化鋁模板製備，其中I為多孔氧化鋁，2為金屬鋁；(b)磁性納米陣列製備，其中3為磁性納米陣列；(C)多孔連續金屬膜沉積，其中4為金屬膜；(d)熱壓鍵合工藝，其中5為壓力，6為襯底金屬層，7為矽襯底，8為熱板；(e)溶解模板後磁納米陣列轉移至襯底。
【具體實施方式】
[0008]如圖所示，本發明具體實施例的主要步驟包括:
(O將純度為99.999%鋁片，在500°C下退火30分鐘，然後在高氯酸的乙醇溶液中電化學拋光至亮，置於0.6mol/L的硫酸溶液中，採用20V電壓進行一次氧化，氧化時間I個小時，然後將鋁片放入質量比分別為6%和1.8%磷酸、鉻酸的混合溶液中60°C水浴20分鐘，取出後用蒸餾水清洗多次，之後在重複進行二次氧化2個小時，得到附圖(a)所示孔徑50nm，深度20 μ m的未貫通的氧化鋁模板I。
[0009](2)將沉積好的樣品放入磁控濺射臺中，採用FeNi合金靶材，濺射過程中真空保持3*10」帕，形成如附圖(b)所示長度18 μ m的FeNi納米線3。
[0010](3)形成納米線後將樣品置於磁控濺射臺中，採用Cu靶材，壓強IPa，形成如附圖(c)所示連續多孔納米銅薄膜4。
[0011](4)採用標準RCA工藝清洗矽片7，然後通過濺射工藝在矽片上沉積2 μ m銅薄膜6，如附圖(d)所示，將(3)中形成的樣品銅薄膜面與本步驟形成的金屬膜對準結合置於熱板8上，將熱板升溫到200°C，然後施加2MPa壓力，保溫保壓I個小時，完成熱壓鍵合。
[0012](5)將氧化鋁模板溶解後形成附圖(e)所示的磁性納米陣列。
【權利要求】
1.一種磁性納米陣列的製備及轉移方法，其特徵在於在未完全貫通的氧化鋁多孔模板上沉積磁性材料，形成磁性納米陣列，然後在未完全填充的模板上沉積金屬薄膜，利用形成的連續多孔納米金屬層與金屬襯底進行低溫熱壓鍵合，最後溶解模板，實現納米陣列轉移。
【文檔編號】B82B3/00GK103708414SQ201310716991
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】趙蘭普, 宋曉輝, 嶽鵬飛, 莊春生, 喬彥超 申請人:河南省科學院應用物理研究所有限公司