一種磁性納米陣列的制備及轉(zhuǎn)移方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁性納米陣列的制備及向金屬襯底轉(zhuǎn)移的方法。首先通過(guò)二次陽(yáng)極氧化法制備未貫通的氧化鋁多孔模板，然后在模板的孔洞中沉積磁性納米材料，并通過(guò)控制沉積納米線長(zhǎng)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(xù)金屬膜，在一定溫度和壓力作用下同金屬襯底進(jìn)行熱壓鍵合，最后溶解模板，實(shí)現(xiàn)磁性納米線向金屬襯底的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)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(yīng)，實(shí)現(xiàn)了低溫鍵合，在基于微機(jī)電系統(tǒng)的磁性傳感器制造領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種磁性納米陣列的制備及轉(zhuǎn)移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造領(lǐng)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制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種高性能磁傳感器在汽車、生物、航天、自動(dòng)化等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，尤其是基于MEMS技術(shù)的磁傳感器制造技術(shù)，具有體積小、靈敏度和集成度高等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。MEMS磁傳感器制造的關(guān)鍵工藝是形成磁敏感元件，利用電化學(xué)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(biāo)仍有較大的提升空間?？紤]到納米磁性陣列具有的一維特征，顯示出與塊體材料不同的性質(zhì)，尤其是巨磁阻抗效應(yīng)、巨磁阻效應(yīng)等具有更高的靈敏度，制備磁性納米陣列成為磁性傳感器制造的重要研究方向。
[0003]目前，磁性納米陣列的制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，溶解模板后形成磁納米線，實(shí)驗(yàn)表明該方法工藝簡(jiǎn)單，制備的納米線長(zhǎng)度、直徑等指標(biāo)易于控制，且表現(xiàn)出較強(qiáng)的磁性能，在磁傳感器制造方面具有較大的潛力。然而，MEMS磁性傳感器的制備要求敏感元件制備與微電子制造工藝兼容，實(shí)現(xiàn)模板法制備的磁納米陣列能夠在適當(dāng)條件下轉(zhuǎn)移至襯底，形成機(jī)械和電方面的穩(wěn)固連接?，F(xiàn)有方法更多的是關(guān)注磁納米線陣列本身的制備工藝，未形成可靠的轉(zhuǎn)移和鍵合工藝。鑒于此，在模板法制備磁性納米陣列的基礎(chǔ)上，構(gòu)造具有納米結(jié)構(gòu)的金屬薄膜層，不僅能夠有效轉(zhuǎn)移納米陣列，而且金屬層的納米結(jié)構(gòu)在熱壓鍵合過(guò)程的納米效應(yīng)將有效降低工藝溫度和壓力，為新型MEMS磁傳感器的制造提供新的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種磁性納米陣列的制備及向金屬襯底轉(zhuǎn)移的方法，利用形成的多孔納米金屬膜層進(jìn)行低溫鍵合，實(shí)現(xiàn)磁納米陣列制備工藝與MEMS磁傳感器制造
工藝兼容。
[0005]本發(fā)明公布的一種磁性納米陣列的制備及轉(zhuǎn)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，然后在未完全填充的模板上沉積金屬薄膜，利用形成的連續(xù)多孔納米金屬層與金屬襯底進(jìn)行低溫?zé)釅烘I合，最后溶解模板，實(shí)現(xiàn)納米陣列轉(zhuǎn)移。具體方案為:首先通過(guò)二次陽(yáng)極氧化法制備未貫通的氧化鋁多孔模板，然后在模板的孔洞中沉積磁性納米材料，并通過(guò)控制沉積納米線長(zhǎng)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(xù)金屬膜，在一定溫度和壓力作用下同金屬襯底進(jìn)行熱壓鍵合，最后溶解模板，實(shí)現(xiàn)磁性納米線向金屬襯底的轉(zhuǎn)移。
[0006]本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，在模板法制備磁性納米陣列的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了具有納米結(jié)構(gòu)的金屬薄膜層，其納米尺度效應(yīng)有效降低了轉(zhuǎn)移過(guò)程中的工藝溫度和壓力，滿足新型MEMS磁傳感器的制造要求?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明磁性納米陣列制備及轉(zhuǎn)移工藝示意圖:(a)多孔氧化鋁模板制備，其中I為多孔氧化鋁，2為金屬鋁；(b)磁性納米陣列制備，其中3為磁性納米陣列；(C)多孔連續(xù)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為硅襯底，8為熱板；(e)溶解模板后磁納米陣列轉(zhuǎn)移至襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖所示，本發(fā)明具體實(shí)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，然后在高氯酸的乙醇溶液中電化學(xué)拋光至亮，置于0.6mol/L的硫酸溶液中，采用20V電壓進(jìn)行一次氧化，氧化時(shí)間I個(gè)小時(shí)，然后將鋁片放入質(zhì)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，取出后用蒸餾水清洗多次，之后在重復(fù)進(jìn)行二次氧化2個(gè)小時(shí)，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(tái)中，采用FeNi合金靶材，濺射過(guò)程中真空保持3*10」帕，形成如附圖(b)所示長(zhǎng)度18 μ m的FeNi納米線3。
[0010](3)形成納米線后將樣品置于磁控濺射臺(tái)中，采用Cu靶材，壓強(qiáng)IPa，形成如附圖(c)所示連續(xù)多孔納米銅薄膜4。
[0011](4)采用標(biāo)準(zhǔn)RCA工藝清洗硅片7，然后通過(guò)濺射工藝在硅片上沉積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(duì)準(zhǔn)結(jié)合置于熱板8上，將熱板升溫到200°C，然后施加2MPa壓力，保溫保壓I個(gè)小時(shí)，完成熱壓鍵合。
[0012](5)將氧化鋁模板溶解后形成附圖(e)所示的磁性納米陣列。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性納米陣列的制備及轉(zhuǎn)移方法，其特征在于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，然后在未完全填充的模板上沉積金屬薄膜，利用形成的連續(xù)多孔納米金屬層與金屬襯底進(jìn)行低溫?zé)釅烘I合，最后溶解模板，實(shí)現(xiàn)納米陣列轉(zhuǎn)移。
【文檔編號(hào)】B82B3/00GK103708414SQ201310716991
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】趙蘭普, 宋曉輝, 岳鵬飛, 莊春生, 喬彥超 申請(qǐng)人:河南省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所有限公司