氮摻雜的鐵鈷基薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，磁感應(yīng)元件越來越向微型化、集成化、高頻化方向發(fā)展。而電磁干擾和電磁污染的逐步增加，也使我們對吸波材料提出了更高的要求。因此，具有高飽和磁化強(qiáng)度和良好高頻動態(tài)特性的軟磁性薄膜越來越受到重視，對高頻軟磁性薄膜的深入研究對于滿足這些需求具有重要的意義。 FeCo合金因為具有最高的飽和磁化強(qiáng)度而備受關(guān)注，但是FeCo合金因具有較大的磁晶各向異性和磁致伸縮系數(shù)而難以實現(xiàn)軟磁性能。最近的研究表明Fe70CO30合金中

2、摻入N元素有利于改善其軟磁性能。本文工作用磁控濺射方法制備了一系列Fe：Co原子比為81:19的FeCoN薄膜和Fe：Co原子比為65.4:34.6的FeCoTiN薄膜，對它們結(jié)構(gòu)和靜態(tài)磁性和動態(tài)磁性以及熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表面Fe81Co19N薄膜和(Fe65.4CO34.6)TiN薄膜可以實現(xiàn)良好的軟磁性和高頻特性，并且(Fe65.4CO34.6)TiN薄膜的熱穩(wěn)定性隨著Ti成分的提高而得到顯著改善。主要結(jié)果如下： (

3、1)含N量較低的Fe81Co19N薄膜具有高的飽和磁化強(qiáng)度μoMs(大于2 T)、低矯頑力(4-7 Oe)和高的電阻率(37-118μΩ cm)，動態(tài)磁性表現(xiàn)為自然共振模式，共振頻率從0.9-2.8 GHz，其中N2/(Ar+N2)流量比(N2％)為4.5％的薄膜展現(xiàn)出良好的一致共振，共振頻率為2.8 GHz，磁導(dǎo)率實部在衰落之前大于400，虛部共振峰的半高寬為1 GHz左右。N含量較高(N2％>4.5％)的薄膜軟磁性變差，并出現(xiàn)垂直各

4、向異性，產(chǎn)生條狀疇結(jié)構(gòu)，這可能是由于宏觀應(yīng)力的作用。 (2)Fe81Co19N薄膜的軟磁性主要來源是由于N的摻入有利于薄膜的晶粒細(xì)化，從而產(chǎn)生晶粒間的交換耦合作用，使磁晶各向異性被平均為較小的有效各向異性。另外。N進(jìn)入Fe(Co)晶格間隙位后造成晶格畸變，產(chǎn)生磁彈性能最初有利于各向異性能的減少，但繼續(xù)增大的畸變使有效各向異性能增加導(dǎo)致軟磁性降低。 (3)氮氣流量比N2％為6％和9％的薄膜的動態(tài)磁性在面內(nèi)難軸和易軸方向都展

5、現(xiàn)出多個明顯的共振峰，這是由于條狀疇復(fù)雜的平衡磁化狀態(tài)和動態(tài)磁化過程有效場的不一致性引起的。不同共振峰可能由薄膜中不同位置表面疇或體疇貢獻(xiàn)。 (4)Ti含量為5.3％的濺射態(tài)的(Fe65.4CO34.6)94.7Ti5.3N薄膜，在N2％為6％-8％ 范圍時表現(xiàn)為良好的軟磁性和面內(nèi)單軸各向異性，磁導(dǎo)率譜表現(xiàn)出良好的高頻特征，自然共振頻率大于2GHz，磁導(dǎo)率實部在衰落前大于500。N2％小于6％時由于薄膜晶粒尺寸較大，薄膜

6、局域各向異性較高，矯頑力較大，磁導(dǎo)率很小，磁導(dǎo)率譜沒有出現(xiàn)共振現(xiàn)象。當(dāng)N2％大于8％，矯頑力仍然較小，但是飽和磁化強(qiáng)度和各向異性場都大幅降低，高頻特性變差，磁導(dǎo)率和共振頻率降低，這可能是因為在較大N2％時出現(xiàn)氮化物團(tuán)簇的原因。 (5)氮氣流量比N2％為7％的(Fe65.4CO34.6)TiN薄膜，當(dāng)Ti成分小于7.6％時，在濺射態(tài)表現(xiàn)出良好的軟磁性和單軸各向異性，動態(tài)磁性表現(xiàn)為良好的一致共振模式，共振頻率大于2GHz，隨著Ti含

7、量進(jìn)一步的增加，矯頑力增大，單軸各向異性不明顯，動態(tài)表現(xiàn)變差，這可能是由于薄膜中應(yīng)力的增加。 (6)薄膜的磁性熱穩(wěn)定性隨著Ti成分的提高明顯改善，不同含Ti量的薄膜在不同臨界溫度(Tc)以上熱處理一小時后，由軟磁性和單軸各向異性向硬磁和各向同性轉(zhuǎn)變，動態(tài)磁性也相應(yīng)變差。臨界溫度Tc隨著Ti含量的增加而提高。不含Ti的(Fe65.4CO34.6)N薄膜在200℃熱處理后，矯頑力急劇增加，單軸各向異性消失，磁導(dǎo)率很低，沒有共振現(xiàn)象出