论文部分内容阅读
随着电子信息产业的飞速发展,迫切要求电子元件向小型化,高频化与集成化的方向发展,这对作为电子元件核心的磁性材料提出了更高的要求。目前,由于软磁薄膜在高集成器件(如磁性传感器、变压器以及磁记录用磁头材料)中具有潜在的应用价值而受到研究人员的广泛关注。对于这些软磁薄膜的基本要求是具有高的饱和磁化强度(4πMs),低的矫顽力(Hc),高的电阻率(ρ)以及合适的各向异性场(Hk)。在这些材料中,FeCo合金因其具有高的饱和磁化强度而成为一种优势材料。但FeCo合金薄膜具有高的磁晶各向异性以及高的饱和磁致伸缩系数,难以获得良好的软磁特性和面内单轴磁各向异性。因而,改善FeCo合金薄膜的软磁特性与高频响应是一项重要而有意义的工作。在本论文中,我们通过第三方元素添加的方法制备了一系列的FeCo基合金薄膜。分别研究了这些薄膜的静态与动态磁性。主要结论如下：Ⅰ. FeCoAlO与FeCoAlN薄膜对FeCoAlO与FeCoAlN薄膜,通过Al2O3与AlN陶瓷片引入Al-O与Al-N元素,成功实现了FeCo合金薄膜的磁性软化。在两种薄膜中,良好的软磁特性均来源于晶粒的细化。磁导率谱线基本表现为弛豫型谱线特征,在低频区间,磁导率的实部μ具有较高的值。(1)随着Al含量的增加,FeCoAlO薄膜表现出良好的软磁特性,在Al含量为11.8at.%到18.5at.%变化时,薄膜具有低的矫顽力(3-6Oe)。这些薄膜具有明显的面内单轴磁各向异性(Hk在50Oe左右),当Al含量为11.8at.%时,薄具有高的饱和磁化强度(4πMs=21.1kG)与低的矫顽力(Hce=5.2Oe,Hch=3.6Oe)。(2)随着Al含量的增加,FeCoAlN薄膜同样表现出良好的软磁特性,当Al含量从13.8at.%变化到31.0at.%时,薄膜具有低的矫顽力(5-8Oe)。当Al含量为21.9与28.8at.%时,薄膜面内的各向异性发生变化。Ⅱ. FeCoAlO梯度膜为了获得良好的高频特性,我们通过A1203陶瓷片摆放在合金靶溅射环的一侧,制备了FeCoAlO成分梯度膜。(1)通过使用这种不均匀靶,将Al-O成分梯度引入FeCoAlO薄膜,诱导出应力各向异性。与成分均匀的薄膜相比,梯度膜具有优异的高频特性。(2)A1203陶瓷片的添加量使得FeCoAlO梯度膜的磁谱曲线表现出三种不同的特性：弛豫型特性(4,8pcs),共振型特性(12,16pcs)以及在GHz频段的吸收特性(20,24pcs)。(3) FeCoAlO梯度膜在Ar气流量为7.5-15sccm时,具有非常高的共振频率(>3.0GHz),并且在低频区间磁导率的实部μ具有较高的值(-200),特别地,当Ar气流量为15sccm时,共振频率为4.0GHz。当Ar气流量等于或大于12.5sccm时,薄膜的易磁化轴垂直于外加磁场的方向。(4) FeCoAlO梯度膜在将外加磁场去掉时,仍然具有良好的高频响应。(5)溅射气压为在4-12mTorr变化时,薄膜均具有大的面内单轴磁各向异性(Hk>100Oe)。Ⅲ. FeCoAlON与FeCoZr条形畴薄膜我们研究了具有条形畴结构的FeCoAlON与FeCoZr薄膜的静态与动态磁性。条形畴的出现需要达到一定的元素添加量,薄膜的厚度必须大于一个临界值。对两种类型的条形畴薄膜,磁谱曲线均表现为多峰共振。(1)在210nm的FeCoAlON薄膜(氮分压为5%)与150nm的FeCoZr薄膜(Zr含量为11.2at.%)中观察到了条形畴的出现,这个厚度分别为两种薄膜的临界厚度。(2)对具有条形畴结构的薄膜,面内磁滞回线的剩磁比能够体现出磁矩与膜面偏离角度的大小。剩磁比越小,薄膜的磁矩偏离膜面的角度越大,垂直磁各向异性越明显。