軟磁薄膜的高頻磁性測試方法研究及其在坡莫合金薄膜研究中的應用.pdf

1、近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們對高科技產(chǎn)品的要求也越來越高，這也促使電子科學技術(shù)和元器件的迅速發(fā)展，尤其是向微型化、薄膜化、集成化和高頻化的方向發(fā)展。以通訊頻段為例，最早使用的通訊系統(tǒng)的頻率一般為900MHz和1.8GHz，也就是GSM標準，或者稱為第二代（2G）移動通訊系統(tǒng)，發(fā)展到目前廣泛使用的通訊頻段已經(jīng)達到了3GHz和4GHz。這也對應用于其中的磁性功能材料提出了更高的要求。軟磁材料因其在電感和變壓器中的廣泛

2、應用而受到關注。隨著元器件的工作頻率的提高，對軟磁薄膜材料的高頻性能也提出了相應的要求，特別是軟磁薄膜材料的高頻磁導率和共振頻率等。因此，對軟磁薄膜的高頻磁性進行準確地表征是該領域亟需解決的重要問題之一。
　　本論文主要圍繞軟磁薄膜的高頻磁性測量與評估這一問題，在對國內(nèi)外軟磁薄膜的高頻磁性測量方法調(diào)研和比較的基礎上，提出了基于電磁感應的無需定標的高頻磁性測量方法。另外通過高頻磁性測量方法系統(tǒng)地研究了坡莫合金薄膜的高頻磁性。本論文的

3、主要內(nèi)容如下：
　　1、系統(tǒng)地總結(jié)了利用短路微帶線測量軟磁薄膜的高頻磁性的方法，并且對其進行了改進。利用高頻仿真軟件對短路微帶線夾具進行設計并加工組裝，通過優(yōu)化測試夾具的尺寸參數(shù)和優(yōu)化儀器參數(shù)實現(xiàn)了對軟磁薄膜在寬頻段的磁譜的準確測量。另外還提出了一種基于電磁感應原理的無需定標的磁譜計算方法，在分析過程中只需要給出薄膜樣品的尺寸大小。另外，研究了直角型的共面波導（Coplanar waveguide，簡稱CPW）測試夾具對軟磁薄膜的

4、磁譜的測試結(jié)果，并與短路微帶線夾具的測試結(jié)果進行對比。如果在測量磁譜的過程中，給軟磁薄膜樣品施加一個直流偏置磁場，那么就構(gòu)成了用矢量網(wǎng)絡分析儀（Vector Network Analyzer，縮寫VNA）測量鐵磁共振的測試方法，可以簡稱為VNA-FMR測試方法。
　　2、利用Top-down方法制備的不同厚度的坡莫合金薄膜。利用VNA-FMR測試方法分別研究了微波磁場在垂直和平行條紋方向上激勵坡莫合金薄膜時的條紋疇結(jié)構(gòu)的高頻磁性。

5、對沿著條紋疇方向的偽動態(tài)單軸各向異性做了詳細地研究。通過建立一個簡單的物理模型推導出動態(tài)各向異性場的起源。此外，通過磁力顯微鏡的實時觀測和VNA-FMR方法研究了條紋疇結(jié)構(gòu)在外磁場作用下的轉(zhuǎn)動性質(zhì)。通過轉(zhuǎn)角度的磁譜測量研究了條紋疇結(jié)構(gòu)在任意角度下的高頻磁性。通過建立唯象的物理模型發(fā)現(xiàn)起始磁化率與轉(zhuǎn)動角度之間的關系可以體現(xiàn)出條紋疇結(jié)構(gòu)中的磁矩分布情況。因此，也獲得了一種分析轉(zhuǎn)角度高頻磁譜的理論方法和擬合公式。利用真空熱處理方法研究了坡莫合

6、金薄膜中交換勁度系數(shù)的變化。實驗結(jié)果表明熱處理后的坡莫合金薄膜中條紋疇寬度增大，矯頑力變小，起始磁導率變大等，通過隨機各向異性模型分析，以及高頻磁譜分析和微磁學模擬得出真空熱處理可以增強坡莫合金薄膜的交換勁度系數(shù)。
　　3、利用圖案化對坡莫合金薄膜的高頻磁性進行調(diào)控。通過VNA-FMR方法研究了坡莫合金薄膜表面的Fe65Co35圓盤陣列修飾對其高頻磁性的影響。結(jié)果表明，不管是方形陣列或者是矩形陣列，不同圓盤密度的表面圖案化修飾可以

7、有效地對坡莫合金薄膜的阻尼進行微調(diào)，調(diào)控范圍是0.008-0.013之間，而且還可以在不同的外加磁場下調(diào)控阻尼，這個結(jié)果對于實際的應用是很有價值的。此外，又通過VNA-FMR方法研究了反盤結(jié)構(gòu)的坡莫合金薄膜的高頻磁性。結(jié)果表明反盤結(jié)構(gòu)的坡莫合金薄膜具有比較豐富的共振模式。
　　4、基于自旋霍爾效應通過電學方法來調(diào)控軟磁薄膜的鐵磁共振。首先，通過VNA-FMR方法研究了Pt/Permalloy雙層薄膜中的自旋泵浦效應，以此證明在制備