Fe-Ni基高频软磁多层膜的制备及其性能研究

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随着电子信息技术的迅速发展,电子元器件逐渐向高频化和集成化发展,其对磁性材料的性能需求逐渐提升。目前具有高饱和磁化强度的软磁薄膜引起了学者们的广泛关注。应用于高频范围的软磁薄膜需要具备高饱和磁化强度(4πMs),高电阻率(ρ),高磁导率(μ)以及可调控的面内磁各向异性场(Hk)等特性。NiZn-铁氧体作为一种金属氧化物不仅具有铁磁性,还有很高的电阻率。将NiZn-铁氧体作为中间绝缘层与Fe-Ni合金复合形成软磁多层膜,铁氧体可为多层膜提供一定的磁性并同时提高多层膜的电阻率,使得该多层膜体系与传统多层膜体系相比可在保持高的饱和磁化强度的同时获得较高的电阻率。此外研究没有磁性的SiO2作为绝缘层的多层膜有助于探究FeNi/NiZn-ferrite多层膜的磁性来源机制。  本研究的主要内容及结果如下:  (1)采用磁控溅射方法制备了[Fe80Ni20-O/NiZn-ferrite]n和[Fe80Ni20-O/SiO2]n两种成分的多层膜,通过控制靶材溅射的时间和改变基片温度等参数来改变多层膜的微观结构和性能。  (2)利用膜厚测试仪、XRD、SEM、TEM、XPS、四探针电阻测试、VSM及高频磁导率磁谱测试仪等分析测试方法,对纳米软磁多层膜的微观结构、形貌、静态磁学性能、动态磁学性能以及电学性能进行了系统的表征分析。  (3)研究了NiZn-ferrite层厚度、Fe80Ni20-O层厚度、基片温度以及多层膜总厚度的变化对[Fe80Ni20-O/NiZn-ferrite]n多层膜的微观结构和电学、磁学性能的影响。结论表明在最优条件下制备的多层膜拥有优异的软磁及高频特性。通过改变基片温度可以提高多层膜的饱和磁化强度,改变多层膜绝缘层厚度可以调制多层膜的铁磁共振频率。此外,研究还发现多层膜在总厚度增加时能保持较高的饱和磁化强度和铁磁共振频率,这对多层膜在高频中的应用是十分有意义的。  (4)研究了不同基片温度对[Fe80Ni20-O/SiO2]n多层膜的微观结构和电学磁学性能的影响。实验结果表明适宜的基片温度有利于多层膜的结晶过程,优化多层膜的软磁性能以及高频性能。
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