磁控濺射Co和CoTaZr薄膜的組織結構與性能研究.pdf

1、Co基薄膜材料具有良好的磁性能、電性能，常被用于磁記錄材料或用作微磁器件中。目前人們研究薄膜電感主要從兩方面入手，一方面是設計薄膜電感器件的結構，另一方面是研究器件的磁芯材料。
　　本文從研究磁芯材料角度出發(fā)，利用磁控濺射法在玻璃基片與n型單晶Si(400)基片上生長Co薄膜、CoTaZr合金薄膜與(Co/CoTaZr/Co)n多層膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察薄膜表面形貌、利用X射線衍射(XRD)分析薄膜的結構、利用能譜分

2、析儀(EDS)測定薄膜的組成成分、利用振動樣品磁強計(VSM)測定薄膜磁性能、利用四探針法測量薄膜電性能。得到以下的主要結論:
　　1.利用磁控濺射技術，在沒有施加偏壓的條件下，制備出“金字塔Ⅱ型”形貌的Co薄膜，并制備出具有“金字塔Ⅲ型”（四棱錐型）、多聯(lián)體、“橄欖狀”等特征形貌的Co薄膜:
　　1)濺射氣壓與功率對薄膜的形貌有較大的影響。在蓋玻片基體上，濺射時間為60min，濺射功率為96W的條件，1Pa時制各出等軸晶結

3、構Co薄膜、2Pa時制各出“金字塔Ⅱ型”（正四面體）形貌薄膜、4Pa時制備出多聯(lián)體形貌薄膜、6Pa時制備出“金字塔Ⅲ型”形貌薄膜。
　　2)基體材質對Co薄膜“金字塔”形貌影響較大，在蓋玻片基體上形成“金字塔Ⅲ”形貌的Co薄膜，且出現(xiàn)(11(2)0)擇優(yōu)取向，n型單晶Si(400)制備出“橄欖狀”形貌薄膜，具有(10(1)0)擇優(yōu)取向。具有“橄欖狀”形貌的薄膜軟磁性能得到提高。
　　3)濺射時間對Co薄膜表面形貌影響較大。當

4、濺射時間小于60min時，無法制備出具有“金字塔”形貌的薄膜，且薄膜的電阻率隨濺射時間的增加而減小。
　　2.薄膜表面形貌與濺射功率、氣壓間的關系圖與Thornton晶帶模型接近。對于Co薄膜，濺射氣壓相同的條件下，隨著功率的增加，Co薄膜由晶帶1區(qū)或T區(qū)向晶帶2區(qū)或3區(qū)轉變，且薄膜的電阻率隨功率的增加而減小;在濺射功率相同的條件下，隨著氣壓的增加，Co薄膜由晶帶3區(qū)向2區(qū)轉變。
　　3.濺射功率與氣壓對CoTaZr薄膜成分

5、影響較小，薄膜成分基本穩(wěn)定為Co785Ta12Zr9.5（wt.％），與合金靶的名義成分略有差別。2Pa，96W時在蓋玻片基體上制備出非晶+納米晶結構薄膜，同時該條件下存在反濺射現(xiàn)象。在n型單晶Si(400)上采用2Pa，96W的工藝條件制備出CoTaZr納米晶合金薄膜，其軟磁性能優(yōu)于具有“金字塔Ⅲ型”形貌的Co膜。相同氣壓下，薄膜的電阻率隨功率的增加而降低;相同功率下，薄膜的電阻率隨氣壓的降低而降低。
　　4.在理論上，提出Co

6、TaZr合金薄膜的生長方式大致上符合Thornton晶帶模型，但形貌與功率、氣壓關系圖中不存在2區(qū)組織，僅存在Thornton晶帶模型的1區(qū)、T區(qū)及3區(qū)組織，其中T區(qū)組織和3區(qū)組織的存在形式不同于Thornton晶帶模型中的存在形式，此時的T區(qū)主要以非晶結構為主，3區(qū)主要以納米晶結構為主。CoTaZr合金薄膜在濺射氣壓為2Pa時，隨著功率的增加，薄膜由1區(qū)向T區(qū)，再向3區(qū)組織轉變。在功率為96W時，隨著氣壓的降低，薄膜由3區(qū)向T區(qū)或1區(qū)