【摘 要】
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微波磁性器件要求磁性薄膜在GHz频段下的磁导率和共振频率大范围调控,并且具有良好的热稳定性。基于磁性薄膜中共振频率和磁导率很难实现超大范围调控的问题,本论文从LLG方程
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微波磁性器件要求磁性薄膜在GHz频段下的磁导率和共振频率大范围调控,并且具有良好的热稳定性。基于磁性薄膜中共振频率和磁导率很难实现超大范围调控的问题,本论文从LLG方程出发,结合Kittel公式和双各向异性模型等理论公式,分别以CoFeB和Co Zr薄膜作为研究对象,利用倾斜溅射调控了CoFeB薄膜面内单轴各向异性,实现了CoFeB磁性薄膜中的共振频率从S波段到X波段的超宽范围内可调;利用高温磁谱测试装置测试了具有单轴各向异性的CoFeB、Co Zr薄膜的磁性参数随温度的变化关系;通过改变Co Zr条纹畴结构薄膜的厚度调控了条纹畴结构中的交换作用,实现了Co Zr条纹畴结构薄膜中光学支共振频率的调控。得到的主要创新性结果如下:1、利用CoFeB的高饱和磁化强度和倾斜溅射调控面内单轴各向异性技术,实现了CoFeB薄膜软磁性能在GHz频段的大范围调控。随着斜溅射角度的增加,薄膜的面内单轴各向异性场可从50.1 Oe增加到608.7 Oe,自然共振频率可从2.83 GHz增加到9.71 GHz。2、设计了一种用于磁性薄膜材料在高温下磁导率测试的短路微带线探头,结合矢量网络分析仪,实现了对磁性薄膜材料在100 MHz-7 GHz范围内室温到200°C的磁导率谱表征。3、通过高温退火和变温磁导率谱测试,验证了CoFeB磁性薄膜在高温退火后和高温下仍具有较良好的热稳定性。通过变温测试,Co Zr薄膜的各向异性场从77 Oe减小到58 Oe,共振频率从3.01 GHz减小到2.71 GHz,在室温到200°C的温度下,仍表现出良好的高频磁性。4、通过改变Co Zr条纹畴结构薄膜的几何参数改变了薄膜中磁畴结构的尺寸,从而调控了薄膜中相邻磁畴之间的交换作用,实现了薄膜中光学支共振频率从3.5 GHz到5.1 GHz的调控。
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