摻雜對(duì)FeZrB合金薄膜巨磁阻抗效應(yīng)的影響.pdf

1、本論文首次系統(tǒng)研究了摻雜Nb、Ni、Cu對(duì)Fe<,88>Zr<,7>8<,5>基軟磁合金薄膜材料的巨磁阻抗效應(yīng)和磁特性的影響；分析研究了不同工藝制各的FeZrB系合金薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、磁特性和GMI效應(yīng)：同時(shí)還研究了單層膜和Ag夾層三明治膜的 巨磁阻抗效應(yīng)。所有樣品均采用射頻濺射法制備，得出了一系列重要結(jié)論： 1、FeZrBNb單層膜的巨磁阻抗效應(yīng) 常規(guī)方法制各的3.5μm厚的FeZrBNb單層膜在制備態(tài)巨磁阻抗效應(yīng)并不

2、理想，通過退火處理可以使薄膜的軟磁性能得到明顯改善，200℃退火30min使薄膜樣品的矯頑力由0.5kA.m<-1>降到了0.09kA．m<-1>，在13MHz的交流頻率下，得到了1.8％的縱向阻抗比，加磁場(chǎng)退火要優(yōu)于自然退火的情況，縱向阻抗比達(dá)到了2.6％。 在制備過程中加一橫向靜磁場(chǎng)可以提高濺射速率，由不加磁場(chǎng)時(shí)的0.04nm／s 提高到了O.17nm／s。薄膜的阻抗比也有所提高，并且縱向阻抗比在±1.2kA．m<-1> 的

3、外加磁場(chǎng)下出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象。 同時(shí)薄膜的厚度也是影響FeZrBNb GMI效應(yīng)的一個(gè)重要因素，我們制備了厚度為10.8μm的厚膜，外加交變電流頻率為13MHz時(shí)，該薄膜在制備態(tài)縱向阻抗比達(dá)到了2.5％，與厚度為3.51ma的薄膜加磁場(chǎng)退火后的結(jié)果相當(dāng)。 2、FeZrBNi單層膜的磁特性和巨磁阻抗效應(yīng) VSM測(cè)量表明摻Ni使FeZrB合金薄膜的軟磁特性得到了改善，這是因?yàn)閾竭m量的Ni有利于晶粒的細(xì)化，提高了FeZrB

4、合金的非晶形成能力，其阻抗效應(yīng)明顯提高。不同的Ni含量對(duì)FeZrBNi薄膜的GMI效應(yīng)也有顯著影響，在13MHz，摻Ni量為4％(原子分?jǐn)?shù))的FeZrBNi薄膜在制各態(tài)就得到了10％的縱向阻抗比，而摻Ni量2％的FeZrBNi薄膜經(jīng)過150℃退火后縱向阻抗比只達(dá)到了 2.2％。 不同濺射功率對(duì)薄膜的阻抗比有較大的影響，我們制備了濺射功率分別為150w、240W、350W的摻4％(原子分?jǐn)?shù))Ni的FeZrBNi薄膜樣品，發(fā)現(xiàn)當(dāng)濺射

5、功率為150W時(shí)薄膜的巨磁阻抗效應(yīng)最佳，獲得了10％的最大縱向阻抗比：240W次之，最大縱向阻抗比為4％；350W最差，最大縱向阻抗比僅為2％。 這可能是因?yàn)樵谳^低速率的情況下，薄膜有足夠的時(shí)間散熱，這樣有利于減小熱應(yīng)力，同時(shí)原子也有足夠的時(shí)間擴(kuò)散，有利于形成均勻、致密的薄膜。在制備過程中加磁場(chǎng)可以明顯改善薄膜的軟磁性能，提高阻抗比。我們?cè)跒R射功率為150W，濺射過程中加80kA-m<-1>。的縱向磁場(chǎng)制備的FeZrBNi4樣品

6、中測(cè)得其阻抗比縱向?yàn)?0％，橫向?yàn)?％，濺態(tài)樣品在13MHz的頻率下得到如此高的阻抗比也說明了FeZrBNi具有優(yōu)異的軟磁性能。 3、FeZrBNi/Ag/FeZrBNi三明治膜的巨磁阻抗效應(yīng)制備了摻Ni量為4％(原子分?jǐn)?shù))的FeZrBNi/Ag/FeZrBNi三明治膜，與單層膜相比，其最大的特點(diǎn)就是在較低的頻率下就能得到較大的巨磁阻抗效應(yīng)，縱向阻抗比在7MHz下達(dá)到了最大值18％，橫向阻抗比在8MHz下達(dá)到最大值3l％。這一性

7、能對(duì)薄膜巨磁阻抗效應(yīng)在低場(chǎng)傳感器的應(yīng)用方面有重要價(jià)值。與單層膜的情況不同，多層膜的橫向阻抗比大于縱向，并且飽和場(chǎng)低，靈敏度高。通過分析該三明治膜的電阻分量和電感分量隨頻率的變化關(guān)系我們發(fā)現(xiàn)，在一定的頻率范圍內(nèi)電感分量是線性變化的，由此我們得到，在一定的頻率范圍內(nèi)磁性層的橫向磁導(dǎo)率相對(duì)于頻率變化而言是個(gè)常量。 4、FeZrBCu軟磁合金薄膜的磁特性和巨磁阻抗效應(yīng)摻雜適量的Cu使FeZrB的軟磁性能得到明顯的改善，矯頑力脅明顯減小。

8、FezrB薄膜的Hc為0.4kA·m<-1>，摻3％的Cu(原子分?jǐn)?shù))后Hc降為0.1KA·m<-1>如果Cu的摻雜量繼續(xù)增加，薄膜的矯頑力將增加兩倍以上，GMI效應(yīng)幾乎消失。 研究了150、240、360W不同濺射功率對(duì)摻cu量為3％(原子分?jǐn)?shù))的FezrBcu合金薄膜巨磁阻抗效應(yīng)的影響，用電子探針顯微鏡測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濺射功率為240w時(shí)，薄膜樣品中Fe的原子含量為87.32％，Cu原子的含量為2.9％。相比于其它濺射功率下的薄膜樣品

9、，這種樣品的矯頑力最小，飽和磁化強(qiáng)度最大，為111kA·m<-1>，軟磁性能最佳。在240w的濺射功率下，制備的摻Cu量為3％的FezrBCu薄膜樣品，在臨界頻率為600kHz時(shí)開始出現(xiàn)磁阻抗效應(yīng)，在13MHz的交流頻率下，獲得了17％的縱向GMI效應(yīng)和11％的橫向GMI效應(yīng)。 總之，我們制備了不同摻雜(Nb、Ni、Cu)的FeZrB合金薄膜，得到摻Ni、Cu的FeZrB合金薄膜的阻抗效應(yīng)要明顯優(yōu)于摻Nb的。摻雜不同量的Cu、N