FeCoB基纳米磁性薄膜的制备工艺与电磁性能研究

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现代电子器件的发展要求有高性能的磁性薄膜,以实现高频化、小型化。本文先综述了国内外对FeCo基薄膜的研究状况,然后通过Landau-Lifschitz方程对薄膜的高频磁导率进行模拟。文章总结了薄膜中各向异性场的种类和来源,包括宏观形状各向异性、随机各向异性、场感生各向异性、应力各向异性、斜入射各向异性以及与薄膜表面粗糙度相关的各向异性等等,综述了薄膜中的主要损耗机制,包括磁滞损耗、涡流损耗以及由共振引起的损耗,然后描述了磁控溅射的基本原理与薄膜制备过程的典型工艺,并就实验过程中所遇到的典型问题及其解决方法进行了详细的论述,其中包括真空计的校准、溅射过程中由于靶短路导致的无法起辉、靶材太厚导致溅射速率过低、无磁性贴片的固定、基片的选择以及采用聚合物基片解决成分的测量的问题等等,并对磁性薄膜的表征方法进行了综述。本文讨论了不加感生场情况下的纯FeCoB薄膜的性能,包括薄膜厚度的影响以及氩气压对薄膜性能的影响,实验表明,薄膜中的损耗与膜厚有关,薄的薄膜有较低的损耗。为获得良好的高频特性,薄膜的厚度不应超过会产生带状畴的临界厚度;氩气压会引起薄膜中的应力反转,明显地影响着薄膜的高频特性。对FeCo基等具有高的正磁致伸缩效应的薄膜,要获得良好的高频特性,应维持较低的溅射气压。然后,我们详细讨论了掺杂等因素对FeCoB基薄膜的影响,先是为了调整薄膜的各向异性场以及磁导率而引入了感生磁场,然后为了提高工作频率和改善软磁特性而添加了Ni元素,接着为了提高薄膜的电阻率加入了SiO2,接着讨论了退火对薄膜性能的影响。针对Ni元素的作用,文章讨论了Ni含量对FeCoB薄膜的影响,认为Ni元素的掺入量不宜过多。最后,制备了共振频率超过2.2 GHz,在0.5 GHz磁导率的实部和虚部分别为476和92,电阻率为682μ?·cm的FeCoNiB-SiO2薄膜。这种薄膜在高频感性器件中将有广阔的应用前景。文章的最后,我们还针对国内外的研究状况,提出了今后进一步提高薄膜性能的几种可能的方法。
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