【摘 要】
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随着科学技术和制造水平的迅速发展,磁性材料及器件被广泛应用于国防技术、航空航天、微机电系统和信息存储等多个领域。SmCo作为一种高性能稀土永磁材料,是非易失性热辅助磁记录介质的理想候选材料,其以薄膜形态沉积在元器件上提供强的局域磁场也可以满足磁功能器件集成化和微型化的要求。然而SmCo基薄膜存在相组成复杂、磁各向异性不易转变等问题,不利于其在磁功能器件上实现广泛应用。基于此,本文通过引入外场(温度
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随着科学技术和制造水平的迅速发展,磁性材料及器件被广泛应用于国防技术、航空航天、微机电系统和信息存储等多个领域。SmCo作为一种高性能稀土永磁材料,是非易失性热辅助磁记录介质的理想候选材料,其以薄膜形态沉积在元器件上提供强的局域磁场也可以满足磁功能器件集成化和微型化的要求。然而SmCo基薄膜存在相组成复杂、磁各向异性不易转变等问题,不利于其在磁功能器件上实现广泛应用。基于此,本文通过引入外场(温度梯度场和外加磁场)的方式对SmCo基薄膜相组成和磁各向异性进行调控。首先,对磁控溅射制备SmCo基薄膜的工艺参数进行研究和优化。在80 W直流溅射功率和0.5 Pa沉积气压下,SmCo沉积速率为14 nm/min,而后根据沉积速率调整SmCo磁性层厚度,发现厚度为280 nm时薄膜磁性能最好且晶粒尺寸较小;掺杂Cu原子并在500℃下进行原位热处理使其热扩散,此时薄膜为SmCo5和Sm2Co17两相共存,垂直膜面方向矫顽力提高至1580 Oe。其次,研究了普通退火(CTA)工艺和红外快速退火(RTA)产生的温度梯度场对SmCo基薄膜磁各向异性的影响。CTA工艺在550℃下退火15 min时,薄膜结晶质量较好氧化程度较弱,面内和面外方向矫顽力分别为10500 Oe和1670 Oe;相同热处理温度和保温时间,RTA工艺处理的薄膜样品在升温速率达到20℃/s时,面外方向矫顽力提高到了2810 Oe,SmCo5(200)和Sm2Co17(300)衍射峰强度降低,表明面内各向异性减弱。同时,薄膜样品的粗糙度和晶粒尺寸更小,其磁畴的明暗衬度对比更大,说明此时垂直磁各向异性得到提高。最后,利用钕铁硼磁体来提供垂直膜面方向的外加磁场辅助SmCo薄膜的沉积。磁体尺寸为18*18*24 mm时提供的磁场强度为2300 Oe,此时SmCo层沉积速率增加至18nm/min。引入外磁场沉积并经过RTA处理的SmCo基合金薄膜样品,垂直膜面方向的矫顽力提高至3400 Oe,并进一步细化了晶粒。与未引入外加磁场辅助沉积的样品相比,XRD图谱显示具有面内取向的SmCo5(200)和Sm2Co17(300)特征衍射峰消失,初步实现磁各向异性的转变。
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