摻雜對(duì)Co-Ag顆粒膜結(jié)構(gòu)及電磁性能的影響.pdf

1、采用FJL560B4型超高真空多靶磁控濺射儀制備CoxAg100-x、Co40(CxAg60-x)、Prx(Co40Ag60)100-x、Dyx(Co40Ag60)100-x系列顆粒膜樣品并在高真空中進(jìn)行了退火處理。采用臺(tái)階儀、能譜儀測(cè)量了樣品的厚度及成分,用 X射線衍射儀和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析了樣品的結(jié)構(gòu)和表面形貌,樣品的電磁性能由四探針和震動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量。研究了摻雜(C,Pr和Dy)元素以及退火溫度對(duì)CoxAg100-x顆粒膜結(jié)構(gòu)和

2、電磁性能的影響,得到了以下結(jié)論:
　　X射線衍射分析表明:CoxAg100-x顆粒膜隨著退火溫度的升高,晶粒聚集長(zhǎng)大, Ag聚集長(zhǎng)大過(guò)程中同時(shí)存在擇優(yōu)取向。對(duì)于Co40(CxAg60-x)顆粒膜,當(dāng)C含量較少時(shí)(x<1.4),C原子在Ag晶格中形成間隙原子,促使Ag原胞膨脹導(dǎo)致晶格常數(shù)增大,當(dāng)C含量較大時(shí)(x≥1.4),碳原子替代了Ag(Co)原子,晶格常數(shù)減小。Pr、Dy均具有促進(jìn)Ag和Co的相分離的作用,且Pr具有促進(jìn)Ag晶粒

3、聚集生長(zhǎng)過(guò)程中擇優(yōu)取向的作用及Dy元素具有細(xì)化Ag晶粒的作用。
　　場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析表明:磁性顆粒均勻地分散在 Ag基體中,顆粒界面明顯,顆粒形狀接近球形,顆粒直徑集中在20-40nm范圍內(nèi)分布;稀土Dy不僅可以細(xì)化晶粒同時(shí)也減小磁性顆粒尺寸大小與平均值的偏差,且磁性顆粒界面更清晰。
　　GMR性能:沉積態(tài) CoxAg100-x顆粒膜 GMR峰值出現(xiàn)在 x=34、300nm(GMR=-13.3％),x=40、225nm(G

4、MR=-12.9%),x=49、d=75nm(GMR=-12.6%)處。Co40(CxAg60-x)顆粒膜GMR效應(yīng)隨著C成分的增加迅速減小;在低場(chǎng)(<300mT)下顆粒膜 GMR效應(yīng)出現(xiàn)“振蕩”的現(xiàn)象,C含量越大,出現(xiàn)“振蕩”現(xiàn)象的Co40(CxAg60-x)顆粒膜厚度就越薄,退火溫度為 as-deposited、150℃、250℃的Co40(C2.1Ag57.9)顆粒膜GMR效應(yīng)在低場(chǎng)下都存在“振蕩”現(xiàn)象,到350℃時(shí)“振蕩”現(xiàn)象消

5、失,即低場(chǎng)GMR“振蕩”現(xiàn)象與C成分、薄膜厚度、退火溫度相關(guān),低場(chǎng)GMR“振蕩”現(xiàn)象歸因于GMR、OMR、MMR、Co-C的MR這幾種正負(fù)磁電阻共同作用的結(jié)果。
　　Prx(Co40Ag60)100-x顆粒膜GMR效應(yīng)隨著Pr成分的增加先增大然后逐漸降低,當(dāng)x=1.0時(shí)GMR達(dá)到最大值。GMR峰值的出現(xiàn)原因是:添加少量的稀土Pr一方面可促進(jìn)薄膜中晶體的擇優(yōu)取向,減小晶界、缺陷等對(duì)電子的散射這使得薄膜電阻中磁電阻成為主要部分;但另一

6、方面,過(guò)量的 Pr摻雜,又會(huì)在薄膜中引起較多的雜質(zhì)原子使電子在薄膜的輸運(yùn)過(guò)程中雜質(zhì)原子對(duì)電子的散射成為主要的電阻。少量的 Pr摻雜(x≤1.0)可以改善顆粒膜 GMR效應(yīng)的熱穩(wěn)定性,并可提高GMR效應(yīng)在低場(chǎng)下(B≤100mT)對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度其峰值出現(xiàn)在 x=1.0處。對(duì)Dyx(Co40Ag60)100-x顆粒膜,GMR值隨Dy成分的增加而單調(diào)地減少,其原因可歸結(jié)于:一方面Dy元素具有細(xì)化銀晶粒,造成薄膜中的晶界增多使晶界對(duì)電子的散射增強(qiáng)

7、,導(dǎo)致磁電阻下降;另一方面,重稀土元素Dy的原子磁矩與磁性原子Co的磁矩的方向相反,這減弱了磁性顆粒對(duì)輸運(yùn)電子的散射作用,此時(shí)顆粒膜導(dǎo)電機(jī)制中磁電阻與總電阻之比逐漸減弱,兩個(gè)因素導(dǎo)致GMR值單調(diào)下降。與Pr摻雜一樣,少量的Dy可提高薄膜的熱穩(wěn)定性。
　　磁性測(cè)量表明:顆粒膜的矯頑力Hc很小,其中CoxAg100-x均小于20Oe。摻雜(C、Pr、Dy)元素導(dǎo)致退磁因子的不同,退磁因子和退磁場(chǎng)與磁化曲線緊密相關(guān),從而出現(xiàn)了磁化曲線不