六角鋇鐵氧體薄膜的制備及其結(jié)構(gòu)和磁性能的研究.pdf

1、M型六角鋇鐵氧體材料BaFe12O19(BaM)由于具有高的電阻率、大的高頻磁導(dǎo)率、強(qiáng)的單軸磁晶各向異性和穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)等特點(diǎn)倍受關(guān)注，它在單片微波集成電路(MMIC)、高密度垂直磁記錄介質(zhì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)都要求獲得結(jié)晶性良好、高度c軸取向、剩磁比大(Ms/Mr＞0.9)的鋇鐵氧體厚膜(＞10μm)。然而制備這樣的厚膜在實(shí)際工藝中和理論研究中均有一定的困難。 本論文首先從研究BaM薄膜在藍(lán)寶石襯底上的

2、c軸生長(zhǎng)過(guò)程出發(fā)，運(yùn)用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)表征其結(jié)構(gòu)、形貌、磁性能，得出了微觀生長(zhǎng)過(guò)程中的工藝參數(shù)與宏觀磁性能的規(guī)律。然后研究出了一組優(yōu)化的熱處理?xiàng)l件，以結(jié)晶的BaM為種子層，“逐層生長(zhǎng)”出微米級(jí)鋇鐵氧體厚膜。同時(shí)，采用了TiN、MgO薄層替代結(jié)晶BaM種子層，并系統(tǒng)地研究了運(yùn)用“逐層生長(zhǎng)”模式制備具有高度c取向性、磁性優(yōu)良的厚膜鋇鐵氧體。最后，借鑒“逐層生長(zhǎng)”

3、模式下獲得的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，初步研究了鋇鐵氧體材料與寬禁帶半導(dǎo)體GaN的集成生長(zhǎng)。因此，本論文獲得了以下幾點(diǎn)結(jié)論： (1)在750℃以下，原位沉積鋇鐵氧體薄膜均呈現(xiàn)非晶狀態(tài)，且只有微弱的M-H磁滯回線；通過(guò)后位退火工藝條件的研究，得到了一組優(yōu)化的退火條件：1個(gè)大氣氧壓下1000℃退火1小時(shí)，制備出了結(jié)晶良好、高度c取向、具有一定磁性能(飽和磁化強(qiáng)度為3000G，剩磁比為0.6)的鋇鐵氧體種子層。 (2)以結(jié)晶BaM為種子層

4、，通過(guò)“逐層生長(zhǎng)”的模式制備厚膜鋇鐵氧體，獲得了在種子層上生長(zhǎng)厚度為2μm的c取向、飽和磁化強(qiáng)度為3500G、剩磁比為0.65左右的鋇鐵氧體厚膜。當(dāng)薄膜厚度進(jìn)一步增加到3.4μm時(shí)，樣品表面出現(xiàn)了微孔、裂痕，阻礙了厚膜鋇鐵氧體的磁性改善。 (3)選取了TiN、MgO薄層替代結(jié)晶種子層，得到了在MgO薄層緩沖的鋇鐵氧體厚膜具有最高飽和磁化強(qiáng)度為4006G，剩磁比為0.7。 (4)成功地在GaN外延片上通過(guò)MgO薄層制備了鋇