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随着电子工业,通讯技术的迅速发展和电子设备的不断小型化,电子元器件也趋于微型化,这就要求磁器件向小型化和高频化方向发展,具有高饱和磁化强度Ms、高电阻率ρ、高磁导率μ和低矫顽力Hc的高频软磁薄膜成为磁性材料发展的必然方向。由金属和绝缘体介质组成的纳米颗粒膜材料已经成为软磁材料研究中的重要课题之一。本文采用射频磁控溅射法制备了一系列的(CoTaZr)x(Al2O3)1-x纳米颗粒膜,研究了其在不同工艺参数(功率和气压)下的电阻率、软磁性能和微观组织结构,以期制备出具有高电阻率和优良软磁性能的可以应用于高频电感器中的薄膜材料。并采用Ansoft HFSS有限元模软件系统地研究了平面矩形螺旋结构加载磁膜后磁性薄膜的厚度和电阻率对电感性能(L和Q)的影响。得出主要结论如下: 1)由于溅射产额不同,Al2O3含量随功率的增加先减小后增加,CoTaZr含量随着功率的增加先增大后减小,Al2O3含量从100W时的47.86%增加到了140W时的50.19%,功率增大到140W时,薄膜中Al2O3含量(50.19%)略大于CoTaZr含量(49.81%); Al2O3的含量的体积百分比随着气压的增大先增大后减小,而CoTaZr的含量先减小后增大,气压为1.5Pa时,Al2O3的含量为最大,为49.53%,此时CoTaZr的含量最小,为51.47%。 2)从SEM分析的结果表明,Al2O3颗粒均匀地分布在磁性颗粒之间,XRD谱表明Al2O3含量的变化对薄膜的微观组织结构影响不是很大。SEM分析和XRD谱表明实验制备出了Co82Ta10Zr8和Al2O3连续的复合颗粒膜结构。功率增加到100W时,样品膜厚急速增加,当超过100W后薄膜厚度的增加量逐渐趋于平缓。薄膜样品的厚度随着溅射气压的增加而先增加后减小,沉积速率最佳的溅射气压为2.5Pa。 3)样品的电阻率随功率增大而递增,在x=0.32,气压为1.2Pa不变时,电阻率从80W时的6×10-5Ω·m增加到了140W时的3.6×10-4Ω·m;当功率为100W不变时,电阻率随气压的升高而先增大后减小,最佳气压为1.5Pa,电阻率获得最大值2.92×10-4Ω·m,3.5Pa时电阻率为最小值1.66×10-4Ω·m。 4)磁性颗粒体积分数较高的样品具有较高的Ms,但电阻率相应较小,在x=0.32时,Ms随着功率和气压的增大先增大后减小,溅射气压为1.2Pa不变时,最佳溅射功率为120W,样品的比饱和磁化强度Ms获得最大值56.8emu/g;功率为100W不变时,饱和磁化强度都随气压的升高而先增大后减小。最佳气压为2.5Pa时,Ms达到最大值83.13emu/g。 5)随着热处理温度的升高,薄膜的表面粗糙度先减小后变大,调整热处理温度可以使薄膜的表面得到较大的改善,经退火处理之后,薄膜的电阻率减小。通过实验得到最佳热处理温度为400℃,薄膜的平均粗糙度减小到92.4nm,电阻率为2.2×10-4Ω·m。 6)薄膜样品的饱和磁化强度随着退火温度的升高,先增大后减小,通过实验得到最佳热处理温度为400℃,Ms提高到62.33emu/g,相对未退火时提高了10%,当温度继续升高时,软磁性能恶化。 7)通过Ansoft HFSS有限元仿真电感加载已制备的薄膜显示,实验制备的颗粒膜对薄膜电感的电感量有明显的提升,电感提升量在34%~70%不等,通过仿真表明,制备薄膜的最佳厚度应在0.5到1微米之间。加载薄膜后电感中产生的涡流损耗使得电感品质因数Q值均低于空心电感Q值。薄膜电感的电感量和品质因数都随着薄膜电阻率的降低而减小,电感器的品质因数的峰值Qmax所对应的频率fmax随着薄膜电阻率的减小也呈单调下降趋势,薄膜电感的共振频率随着薄膜电阻率的减小而减小。 8)仿真结果显示,在频率为0.1~1GHz时,加载磁性薄膜后的电感Q值要比空芯电感的要大,这表明,我们制备出的薄膜可以应用在1GHz左右,薄膜电感的L值和Q值都有较大的提高。