【摘 要】
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极弱磁性分析、人体生物磁场测量等领域对磁强计的测量灵敏度要求越来越高,无自旋交换弛豫（Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF）原子磁强计是目前灵敏度最高的磁强计,测量灵敏度可以达到飞特（fT）量级。为实现SERF原子磁强计的超高灵敏度,需要磁屏蔽装置对外界磁场进行屏蔽。目前高磁导率的1J85合金（Ni80Fe15Mo5,简称为NiFeMo）是常用的被动式屏蔽材料,可将
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极弱磁性分析、人体生物磁场测量等领域对磁强计的测量灵敏度要求越来越高,无自旋交换弛豫（Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF）原子磁强计是目前灵敏度最高的磁强计,测量灵敏度可以达到飞特（fT）量级。为实现SERF原子磁强计的超高灵敏度,需要磁屏蔽装置对外界磁场进行屏蔽。目前高磁导率的1J85合金（Ni80Fe15Mo5,简称为NiFeMo）是常用的被动式屏蔽材料,可将磁场降至纳特（nT）量级。但是,由于NiFeMo的电阻率低,会产生Johnson电流,进而产生磁场噪声,成为限制SERF原子磁强计灵敏度进一步提高的重要因素。针对N iFeMo材料中存在的电阻率提高与磁性能降低的竞争性问题,本文提出将绝缘介质加入到NiFeMo薄膜中制备NiFeMo-SiO2共沉积及复合生长薄膜,通过改变绝缘介质含量及磁性颗粒尺寸对磁性能进行调控。本文采用磁控溅射法,首先研究溅射功率、溅射气压、薄膜厚度、基片温度等沉积条件对NiFeMo薄膜表面微观形貌及磁性能的影响,确定生长条件对饱和磁化强度、矫顽力、剩磁比的作用效果。其次,研究NiFeMo-SiO2共沉积薄膜中SiO2含量对表面形貌、微观结构、磁性能的影响,确定SiO2含量与磁性能间的关系。最后,研究复合生长时磁性颗粒尺寸及颗粒分布对提高饱和磁化强度、剩磁比,降低矫顽力、面内各向异性的机理,揭示通过微结构调控NiFeMo-SiO2磁性能的机制。主要结论如下:（1）为获得最佳磁性能的NiFeMo薄膜,研究了生长条件对NiFeMo薄膜磁性能的影响。研究结果表明,溅射功率增加,沉积粒子能量增加,磁性能提高;基片温度不改变薄膜的相组成,但会增加FeNi3（111）方向的取向度,260℃时薄膜的矫顽力最小（Hc=20.39 Oe）,剩磁比、饱和磁化强度最大;厚度增加,矫顽力降低,磁滞损耗减少;溅射气压对磁性能有明显影响,气压为0.3 Pa时薄膜的矫顽力（Hc=2.70 Oe）比0.5 Pa时矫顽力（Hc=20.39 Oe）减小6.5倍,同时饱和磁化强度和剩磁比提高。（2）为提高NiFeMo薄膜的电阻率,研究了 NiFeMo-SiO2共沉积薄膜中SiO2含量对磁性能的影响。研究结果表明,SiO2可以提高薄膜的电阻率、剩磁比,同时,降低薄膜的饱和磁化强度、矫顽力。与NiFeMo薄膜相比,SiO2含量为12.67vol.%的共沉积薄膜的饱和磁化强度（Ms=392 emu/cm3）降低30.12%,电阻率由76.5 μΩ·cm增加至359μΩ·cm,矫顽力由35.305 Oe降低至1.011 Oe。（3）为获得最佳磁性能的NiFeMo-SiO2薄膜,研究了磁性颗粒尺寸及其分布均匀性对复合生长NiFeMo-SiO2薄膜磁性能的影响。研究结果表明,低表面能的SiO2会向NiFeMo的边界扩散形成颗粒膜,在纵向上实现了 NiFeMo颗粒尺寸的控制。颗粒膜有序程度与电阻率成反比,83-Period薄膜颗粒无序,电阻率最大ρ=740μΩ·cm,17-Period薄膜颗粒尺寸均匀、排布整齐,电阻率最小ρ=196μΩ·cm。较大的晶粒尺寸有利于饱和磁化强度的提高,17-Period薄膜的饱和磁化强度最大（Ms=491 emu/cm3）,比共沉积 SiO2-12.67vol.%薄膜饱和磁化强度（Ms=392 emu/cm3）提高24.74%;纳米颗粒的形状各向异性与面内各向异性成负相关,25-Period薄膜的颗粒接近球形,M-H曲线也表现为面内各向同性。
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