Al-O、C、N元素添加對鐵鈷基合金軟磁薄膜性能影響的研究.pdf

1、伴隨著電子信息工業(yè)的飛速發(fā)展，軟磁薄膜的應(yīng)用日益廣泛，而無論是垂直磁記錄磁頭還是薄膜電感，對軟磁薄膜的高飽和磁化強(qiáng)度、低矯頑力、良好的高頻響應(yīng)特性提出了越來越高的要求，這就需要對磁性薄膜的軟磁性和高頻特性進(jìn)行研究和改善。迄今為止，F(xiàn)eCo合金則因?yàn)榫哂凶罡叩娘柡痛呕瘡?qiáng)度而被廣泛研究，不過FeCo合金磁晶各向異性常數(shù)和飽和磁致伸縮系數(shù)均比較大，導(dǎo)致無法獲得良好的軟磁特性，因此在保持其高飽和磁化強(qiáng)度的基礎(chǔ)上通過各種手段來軟化磁性就成了一個重

2、要的課題，常用的手段有添加襯底層和第三元素的摻雜。本文中，我們利用磁控射頻濺射制備了三個體系的FeCo基合金薄膜，分別研究了Al-O、C、N等元素添加對薄膜軟磁特性和高頻特性的改善機(jī)理。主要得到了如下結(jié)果：
　　 Ⅰ.FeCoAlO薄膜：
　　 1)FeCoAlO薄膜具有良好的軟磁特性：矯頑力(Hce=5.2Oe，Hch=3.6Oe)，軟磁性主要來源是由于Al-O以非晶基質(zhì)沉積在晶粒邊界上，有效地限制了薄膜晶粒的生長，使

3、得晶粒尺寸大幅減小，晶粒間的交換耦合作用增強(qiáng)，從而與磁晶各向異性作用平均形成較小的有效各向異性。
　　 2)濺射條件對薄膜的磁性能有影響，最佳濺射條件為：濺射功率P=400W；濺射氣壓PAr=4mTorr；膜厚t=500nm.
　　 3)FeCoAlO薄膜的動態(tài)磁性普遍表現(xiàn)為傳統(tǒng)的阻尼模式，隨Al％含量從6％增加到14.6％，截止頻率從0.6提高到1.0GHz，同時磁導(dǎo)率略有下降。
　　 Ⅱ.FeCoAlOC薄膜

4、：
　　 1)利用無機(jī)物(石墨)為薄膜添加C元素，形成的薄膜應(yīng)力較大，軟磁性很差。
　　 2)利用有機(jī)化合物環(huán)氧樹脂添加C元素，在適量添加的情況下(SC％≦0.42％)可獲得納米晶FeCoAlOC薄膜，具有較高的飽和磁化強(qiáng)度、良好的軟磁性能和高頻特性，在SC％=0.28％時，獲得了綜合性能最佳的FeCoAlOC納米晶薄膜：Hce=1.7Oe，Hch=2.1Oe；4πMs=20kG;fr=2.8GHz，μ'=300。

5、>　　 3)FeCoAlOC納米晶薄膜的高頻響應(yīng)曲線表現(xiàn)出共振型的特征。我們用LLG方程對薄膜的高頻響應(yīng)做出擬合，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好。
　　 4)當(dāng)C含量添加進(jìn)一步增加，可生成FeCoAlOC非晶薄膜，此時由于不存在晶界等對磁矩的阻礙，矯頑力也很低，但Fe、Co原子非晶態(tài)下的磁矩低于晶態(tài)時的磁矩，飽和磁化強(qiáng)度大幅下降。雖然非晶態(tài)FeCoAlOC薄膜的電阻率有明顯的提升，但是面內(nèi)單軸各向異性消失且自然共振損耗增大，最終導(dǎo)致磁

6、導(dǎo)率和截止頻率的下降。
　　 5)對非晶態(tài)FeCoAlOC薄膜分別進(jìn)行低速和快速升溫?zé)崽幚恚Ｍ軌蚴怪Щ?，從而獲得晶粒尺寸更小的納米晶薄膜，但發(fā)現(xiàn)低速升溫的晶化晶粒長大不可避免，快速升溫晶化會造成新的化合物相生成，這都導(dǎo)致了軟磁性能的惡化。
　　 Ⅲ.FeCoAlON薄膜：
　　 1)在氮分壓較低的條件下制備的FeCoAlON薄膜(N2％≦0.2％)，飽和磁化強(qiáng)度保持在較高水平(約20kG)，矯頑力較低(3～

7、4Oe)。從微結(jié)構(gòu)上看出N的添加有利于薄膜晶粒的細(xì)化從而導(dǎo)致軟磁性能提高。
　　 2)隨著氮分壓的增大(N2％≧0.4％)，F(xiàn)eCoAlON薄膜開始形成條形疇，磁矩沿膜面法線方向有分量，薄膜具有高的磁彈性各向異性能，這導(dǎo)致了軟磁性能的惡化，面內(nèi)單軸各向異性消失。
　　 3)N含量較低的FeCoAlON薄膜動態(tài)磁化過程表現(xiàn)出典型的馳豫型模式，低頻磁導(dǎo)率較高(約600)而截止頻率較低(僅0.5GHz)。
　　 4)N