微纳结构形式对镍薄膜超快热化动力学的影响.pdf

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1、2013年9月机械设计与制造工程Sep．2013第42卷第9期MachineDesignandManufacturingEngineeringV01．42No．9DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．09．Ol1微纳结构形式对镍薄膜超快热化动力学的影响杨进，金卫风。，任乃飞(1．江苏森威集团有限责任公司，江苏盐城224100)(2．江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013)摘要：制备了厚、薄、反点阵结构以及颗粒结构镍薄膜分别作为体、面、线和点结构薄膜样品，利用飞秒激光泵浦探测技术，检测了4种镍薄膜的瞬态反射率变化情况，研究了

2、微纳结构形式对镍薄膜超快热化动力学的影响。结果表明对于微纳结构镍薄膜来说，随着结构维数的减小，量子限域效应对电子热化时间有延缓作用。关键词：镍薄膜；超快热化动力学；瞬态反射率；泵浦探测中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)09—0046—03随着信息技术的飞速发展，海量信息的存储对分布与在体结构中的分布具有较大的差异。对于铁磁性信息材料的性能要求越来越高，研究铁磁性体结构，能量与态密度之间存在连续变化规律；对材料的超快动力学响应成为一个重要的研究课题。于薄膜结构，由于薄膜的阻隔效应，能量与态密度镍作为典型的铁磁性材料，

3、对其超快动力学进行研之问是阶梯型分布；而量子线中的能量与态密度间究，在提高信息的存取速度和微器件的响应速度与存在一定的弛豫效应；对于量子点，能量只能在分稳定性方面有着重要的借鉴意义。泵浦探测技术立能级上存在。量子级别的点、线和面上的分作为研究材料非线性光学性质和超快响应过程的立能级现象，在一定程度上也将影响材料超快热化技术，被广泛地应用于金属薄膜的瞬态反射率检测过程。为此，设计实验对体、面、线和点对材料的反中。利用泵浦探测对磁性薄膜的超快动力学研究射率影响进行了研究。实验中分别用厚镍薄膜已经有一段时间，且随着技术的发展不断深人。薄(厚度远超镍的光透深度)、

4、薄镍薄膜(厚度接近镍膜参数及实验参数对其热化和磁化动力学的影响的光透深度)、反点阵结构镍薄膜以及颗粒结构镍得到了广泛地关注，目前主要包括薄膜厚度的影薄膜代表体、面、线和点结构薄膜。响、基底的影响、脉冲能量的影响、团簇尺1．1样品的制备寸影响等方面的研究。随着纳米技术的介入，采用磁控溅射技术在单晶硅片上制备厚、薄镍微纳结构镍薄膜被广泛地应用于各种功能性微纳连续薄膜。工作台为K575xPeltier型镀膜仪，靶材器件，然而至今对于微纳结构镍薄膜的超快动力学是纯度为99．999％的Ni靶材(尺寸为56mm×研究不多，还缺乏足够的理论支持，限制了纳米结0．5mm)

5、，溅射室真空度为0．0lPa，溅射时镀膜电构薄膜的进一步应用。基于此，本文制备了4种微流为60mA不变，溅射气体为高纯氩气，溅射气压纳结构形式的镍薄膜，并利用飞秒泵浦探测技术获为7Pa，利用溅射时间来控制薄膜的厚度，使用溅取了它们的瞬态反射率变化，研究了不同微纳结构射仪自带的膜厚测控仪监测薄膜的厚度。用这种形式对镍薄膜超快热化动力学的影响。方法，在硅片上制备了代表体结构的500nm镍薄膜和代表线结构的10nm镍薄膜。1实验反点阵结构镍薄膜是通过在利用阳极氧化制假设微细结构的镍薄膜具有量子限域效应，即备的氧化铝模板上镀10nm的镍薄膜获得的，镀膜对于极为微小

6、的点、线和薄膜结构，能量在其中的参数和连续薄膜的一样。由于氧化铝模板上有孔收稿日期：2013—02—28基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目；江苏高校自然科学研究资助项目(11KJA460003)；江苏省光子制造科学与技术重点实验室开放基金资助项目(GZ201114)作者简介：杨进(1963一)，男，江苏东台人，江苏森威集团有限责任公司高级工程师，主要研究方向为机械制造。·46·2013年第42卷机械设计与制造工程基底镍薄膜和颗粒硅基底镍薄膜虽然具有相近的构形式对镍薄膜超快热化动力学的影响。结果表最高反射率变化，但是受激发后从反射率开始变化明：(1)

7、体结构和面结构镍薄膜在本实验装置的精到反射率变化达到最高所用的时间是不同的。微度范围内具有相当的热化时间，但由于体结构的薄纳反点阵结构氧化铝基底镍薄膜的反射率从平衡膜厚度远大于材料光透深度，瞬态反射率的变化幅值变化到最小值的时间长于在连续薄膜上所花费度要比厚度与光透深度在同量级的面结构薄膜小。的时间。也就是说，线结构薄膜热化平衡时间比面(2)线结构与点结构镍薄膜由于材料表面的不连结构薄膜的平衡时间长，这是由网状薄膜的特点所续性导致了热化时间比连续薄膜的长，其中点结构导致的。对于网状薄膜，由于材料的不连续性，电的薄膜热化时间最长。因此，对于微纳结构镍薄膜子一

8、声子(S能级上的自由电子与晶格)的作用受来说，随着结构维数的减小，