FeCo合金薄膜的制备及其磁性能的表征

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FeCo合金薄膜由于其高的饱和磁化强度,低的矫顽力,高的磁导率,良好的热稳定性等磁性能成为了软磁薄膜研究的重点对象之一。正是由于该薄膜具备这些良好的性能,FeCo合金薄膜已经被广泛运用于磁记录,微波吸收,发电机材料等领域当中。目前,制备FeCo合金薄膜的方法很多,有电化学法,化学气相沉积法,溶胶凝胶法,等离子体沉积法,磁控溅射法等等。本论文采用了磁控溅射法来制备FeCo薄膜,其优点是薄膜沉积速率可控,实验参数易调节。并且利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,振动样品磁强计,X射线光电子能谱分析仪等设备来测试表征薄膜的各项相关参数,对薄膜的结构和磁性能进行了研究。本论文首先采用贴片式磁控溅射的方法来制备FeCo薄膜,从不同的原子比和不同的退火温度两方面来研究FeCo合金薄膜的磁性能。通过改变在Co靶材上贴铁片的数目来改变薄膜中Fe,Co原子的比例。实验结果表明:随着Fe含量的增加,饱和磁化强度从Fe20Co80的1284 emu/cc增大到Fe51Co49的1587 emu/cc。而在退火温度方面,在600℃之前,矫顽力呈现增大趋势,当退火温度超过600℃,矫顽力减小。饱和磁化强度则是随着退火温度的升高而增强。其中,Fe51Co49薄膜具有最优的磁性能和稳定性。并且在对薄膜进行XPS和EDS表征后知道,样品经过退火后,衬底的Si元素和薄膜中的Fe,Co原子会相互扩散,而Si元素扩散进入薄膜后会与Fe结合成不同比例的FeSi结构,随着温度的升高扩散加剧,FeSi相在薄膜中占据的比例提高,会使饱和磁化强度降低。而且升高薄膜的退火温度,会使得薄膜表面的平整性和均匀性降低。其次,由于在FeCo合金薄膜中掺入N元素可以有效的降低合金颗粒尺寸,从而提升FeCo合金薄膜的软磁性能。因此,本论文通过在制备FeCo薄膜的过程中通入氩氮混合气,并且控制通入气体的分压来控制薄膜中N元素的比例,同样的从N分压和退火温度两个方面来研究FeCoN薄膜的磁性能。本文中设计了N分压为6%,12%,17%,21%四组实验来探究N分压对FeCo合金薄膜磁性能的影响。试验结果表明:薄膜中N元素的引入,会与薄膜成分中的Fe,Co相结合形成FeN,CoN的相,从而使合金薄膜的FeCo相的峰强降低,甚至消失。不掺N时Fe51Co49薄膜矫顽力为652 Oe,随着N分压增大到6%,矫顽力降低到465 Oe,饱和磁化强度由1606 emu/cc下降到1540emu/cc,当N分压进一步增大到17%时,(Fe51Co49)-N0.17薄膜的矫顽力降低至221 Oe,饱和磁化强度下降到1192 emu/cc。矫顽力和饱和磁化强度都随着N分压的增大而降低。至于退火温度方面,退火温度在600℃之前,矫顽力和饱和磁化强度都随着温度升高增强,但是当温度超过600℃时,薄膜的磁畴会发生改变,使矫顽力降低。
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