Fe基軟磁薄膜的高頻磁性研究.pdf

1、軟磁材料具有高的飽和磁化強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、低損耗等優(yōu)良特性，在工業(yè)和日常生活中廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)磁芯、磁頭、變壓器、互感器等電子元器件。近年來(lái)，隨著電子信息產(chǎn)品的不斷發(fā)展以及磁性元件需求的日益增長(zhǎng)，軟磁材料逐漸向高頻化、小型化、集成化、薄型化方向發(fā)展，磁性材料不但要滿足高頻率，還得具有低損耗、耐久性、可靠性、低成本和抗電磁干擾等特點(diǎn)，因此軟磁薄膜在高頻的應(yīng)用方面的研究尤為重要。在這些應(yīng)用中，通常均希望材料有高的飽和磁化強(qiáng)度4πMs、高的磁導(dǎo)

2、率μ和低的矯頑力Hc。在軟磁材料中，F(xiàn)e基軟磁材料的4πMs相對(duì)較大，滿足了軟磁薄膜在高頻應(yīng)用的條件之一。其中，F(xiàn)eCo合金具有高的飽和磁化強(qiáng)度和居里溫度，F(xiàn)eNi合金的軟磁性優(yōu)異、磁導(dǎo)率高、矯頑力低，F(xiàn)eGa合金的延展性和抗壓性以及磁致伸縮較好。這些軟磁薄膜在磁存儲(chǔ)設(shè)備、磁感應(yīng)和微波應(yīng)用方面有很重要的現(xiàn)實(shí)意義和潛在價(jià)值，因此，研究這些薄膜的各向異性以及高頻磁性就變得十分重要和具有意義。
　　本論文中薄膜主要使用電化學(xué)沉積和磁控濺

3、射的制備方法，根據(jù)不同薄膜的特性，分別對(duì)FeCo薄膜、FeNi薄膜和FeGa薄膜的各向異性及其高頻磁性進(jìn)行了研究。本論文的主要結(jié)果如下：
　　研究了以Fe、Co、Ni及其合金為主的Fe基軟磁薄膜中，電沉積過(guò)程中磁場(chǎng)誘導(dǎo)薄膜各向異性的情況，并研究了誘導(dǎo)磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向?qū)eCo薄膜各向異性的影響；在非常小的誘導(dǎo)磁場(chǎng)下FeCo薄膜并不能誘導(dǎo)出很好的面內(nèi)單軸各向異性，改變誘導(dǎo)磁場(chǎng)的方向由面內(nèi)轉(zhuǎn)向面外，薄膜也可誘導(dǎo)出面內(nèi)單軸各向異性。另外

4、，磁場(chǎng)不能對(duì)厚度較小的FeCo薄膜誘導(dǎo)出很好的面內(nèi)單軸各向異性；通過(guò)電沉積制備的FeCo合金與氧化石墨烯RGO復(fù)合的薄膜，提高了薄膜的高頻性能。
　　利用VSM、ESR和VNA-FMR三種方法測(cè)量薄膜4?Ms和Hk結(jié)果表明：通過(guò)VSM得到的4?Ms和Hk的值比從ESR和VNA-FMR得到的誤差大；對(duì)于較薄的薄膜，從ESR得到的4?Ms的值比VNA-FMR的準(zhǔn)；對(duì)于較厚的薄膜從這兩種方法得到的4?Ms的值都準(zhǔn)確。另外，薄膜的面內(nèi)各向

5、異性對(duì)ESR和VNA-FMR方法所得的4?Ms的值影響不大，對(duì)Hk值的影響比較大。
　　對(duì)不同厚度FeNi薄膜的面外鐵磁共振譜說(shuō)明，隨著測(cè)量角度向面外轉(zhuǎn)動(dòng)，共振場(chǎng)逐漸增大，并且出現(xiàn)表面模式和體模式。當(dāng)FeNi薄膜出現(xiàn)條紋疇時(shí)，共振場(chǎng)便會(huì)隨著膜厚的進(jìn)一步增加而減小。FeNi薄膜出現(xiàn)條紋疇的臨界厚度大約為90nm，而且條紋疇薄膜的垂直各向異性常數(shù)、品質(zhì)因子、疇寬和總轉(zhuǎn)動(dòng)各向異性隨著薄膜厚度的增加而增大，但是薄膜在面內(nèi)的動(dòng)態(tài)各向異性隨著

6、厚度的增加而減小。通過(guò)對(duì)條紋疇的微磁學(xué)模擬的結(jié)果也反應(yīng)了薄膜從無(wú)條紋疇到有條紋疇磁矩和磁疇的分布變得復(fù)雜，隨磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)需要的能量變大，飽和場(chǎng)也逐漸變大。另一方面，發(fā)現(xiàn)具有條紋疇FeNi的薄膜，不僅在靜態(tài)中會(huì)有磁滯現(xiàn)象，其動(dòng)態(tài)磁化也會(huì)表現(xiàn)很明顯的磁滯，這種磁滯與條紋疇在該磁場(chǎng)下對(duì)應(yīng)的有效磁化強(qiáng)度的多少有關(guān)。另外，在比較厚的不同成分FeNi薄膜中，純Fe和純Ni薄膜中不容易出現(xiàn)條紋疇結(jié)構(gòu)，而FeNi合金的薄膜則均有條紋疇結(jié)構(gòu)。
　　電

7、沉積獲得Fe80Ga20磁致伸縮薄膜溶液的組成為FeSO4·7H2O（0.04mol/L）、Ga2(SO4)3·16H2O（0.05mol/L）、硼酸（30g/L）、抗壞血酸（5g/L）、檸檬酸鈉（25g/L），溶液的pH值用NaOH調(diào)至4.8，沉積電位為-1.3V。對(duì)其磁性的表征顯示具有很好面內(nèi)各向異性能的電沉積FeGa薄膜、斜濺射FeGa薄膜和斜濺射FeGaN薄膜由于其阻尼太大，薄膜均沒(méi)有很好的高頻磁性。最后通過(guò)B元素?fù)诫s的FeGa