FeCo基高频铁磁薄膜的制备、性能与电磁调控研究

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随着时代的进步与科技的发展,各式各样的通讯方式应运而生。其中高频通讯设备及相应的电子元器件越来越受到人们的重视。器件的小型化、低能耗、多功能化、性能稳定等越来越受到人们的青睐,相应材料的研究也吸引了人们的目光。目前SIP(system in package)技术存在体积大,封装成本高,可靠性能差等缺点,而SOC(system on chip)技术可以很好的克服以上缺点。但片式电子元器件还不能达到人们的所有需求,各种器件仍然存在着很大的发展空间。随着5G时代的到来,软磁材料由于其卓越的高频性能,越来越受到人们的重视。本文以FeCo基软磁薄膜为研究对象,从软磁薄膜的制备、高频性能测试和电场对微波性能的调控三个方面开展研究。我们通过一系列自行设计的制备工艺和测试手段,获得了性能良好的高频铁磁薄膜,对实现电子器件的小型化,低功耗等具有良好的推动作用。本文的工作内容主要包括:(1)以FeCo Hf为靶材,利用磁控倾斜溅射(OS)的方法在PZN-PT单晶衬底上制备了Fe42Co46Hf12软磁薄膜。通过倾斜溅射使软磁薄膜产生了175 Oe的磁各向异性场,进而获得了4.25 GHz的铁磁共振频率。根据逆磁电耦合原理,对PZN-PT衬底施加电压,当电场从0增加到8 kV/cm时,磁各向异性场从175Oe增加到411 Oe,获得了一个29.5 Oe.cm/kV的调谐率。由于磁各向异性场的增大,铁磁共振频率从4.25 GHz增加到6.28 GHz,电场对铁磁共振频率的调谐率高达210 MHz.cm/kV。(2)利用磁控倾斜溅射(OS)的方法在PZN-PT单晶衬底上制备了平均厚度为100 nm的Fe52.5Co22.5B25高频软磁薄膜,获得了169 Oe的磁各向异性场,铁磁共振频率上升到4.57 GHz。当电场从0增加到8 kV/cm时,磁各向异性场增加到从169 Oe增加到600 Oe,获得了53.9 Oe.cm/kV的电场调谐率。同时软磁薄膜的铁磁共振场产生了708 Oe的变化量。与此同时,我们发现随着电场的增加,阻尼系数从0.021减小到0.0186,说明Fe52.5Co22.5B25软磁薄膜具有良好的高频性能。(3)我们以FeCo靶与B靶为溅射靶,利用共溅射在PZN-PT单晶衬底上生长了成分为Fe27.45Co30.19B42.36软磁薄膜,获得了56 Oe的初始磁各向异性场。根据逆磁电耦合原理,当电场从0增加到7 kV/cm时,磁各向异性场从56 Oe增加到了663 Oe,获得了86.7Oe.cm/kV的电场调谐率。同时,铁磁薄膜的铁磁共振频率从2.57 GHz增加到了9.02 GHz,得到了921.4 MHz.cm/kV的电控调谐率。
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