Ni75Fe25-ZnO納米顆粒膜的高頻軟磁特性研究.pdf

1、隨著對器件小型化和高性能的需要，對具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁化強(qiáng)度、低矯頑力以及高電阻率的軟磁薄膜的需求量越來越大。金屬-半導(dǎo)體納米顆粒膜作為一種新型的軟磁材料已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。本文中，我們制備了Ni75Fe25-ZnO系列納米軟磁顆粒膜，研究了樣品的結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)、電性、磁性以及樣品的高頻特性。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，透射電子顯微鏡明場像顯示的納米級金屬顆粒均勻地鑲嵌在ZnO半導(dǎo)體介質(zhì)中，其金屬顆粒尺寸約為4.7nm，顆粒之間的間隙在1nm

2、以下。電子衍射環(huán)顯示金屬顆粒為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，X射線衍射研究也證明金屬顆粒為面心立方晶體結(jié)構(gòu)。
　　對于Ni75Fe25-ZnO系列顆粒膜，我們系統(tǒng)地研究了矯頑力Hc隨金屬體積分?jǐn)?shù)x的變化關(guān)系。在x＝0.52-0.72的寬成分范圍內(nèi)，得到了很好的軟磁性能。Hc最小為1.1Oe，最大不超過5Oe。對于Ni75Fe25-ZnO系統(tǒng)，由于Ni75Fe25的鐵磁性交換長度Lex很大，約為153nm，使得在很寬的成份范圍內(nèi)，顆粒間距和大小

3、之和都遠(yuǎn)小于Lex，從而在該成份范圍內(nèi)，顆粒間都發(fā)生了交換耦合作用。由于交換耦合使顆粒的磁矩平行排列，從而抵消了單個顆粒的各向異性，使得樣品的平均各向異性顯著降低，因此有效地降低了矯頑力。對于典型樣品x＝0.64，易軸矯頑力Hce=3.62Oe，難軸矯頑力Hch=0.506Oe，電阻率ρ=1790.15μΩcm，如此高的電阻率和低矯頑力預(yù)示該樣品具有很好的高頻應(yīng)用前景。
　　濺射Ar氣壓和基底溫度是影響材料軟磁性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)濺

4、射氣壓PAr=0.12Pa，基底通水冷卻時，樣品得到很好的軟磁特性且有明顯的單軸各向異性。在這個濺射氣壓下，制備了不同膜厚的樣品。當(dāng)樣品的厚度小于100nm時，由于界面效應(yīng)，矯頑力迅速增大。當(dāng)厚度大于100nm，界面效應(yīng)可以忽略，矯頑力的大小可以用Herzer的隨機(jī)各向異性模型進(jìn)行解釋。
　　對典型樣品x＝0.64的磁導(dǎo)率隨頻率的變化關(guān)系的研究結(jié)果表明，在小于1GHz時，磁導(dǎo)率的實(shí)部μ'基本保持120不變。當(dāng)頻率大于1.1GHz時