电子磁性材料fe3si 薄膜的研究进展

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1、电子磁性材料Fe3Si薄膜的研究进展【关键词】Fe3Si薄膜制备方法研究现状1引言纵观软磁材料的发展历程，关于金属软磁材料国内外的研究主要在Finement合金、Nanoperm合金和Hitperm合金软磁材料，它们具有高的饱和磁化强度、低频段较高的初始磁导率和低损耗等优点，主要可用于音频、视频磁头和卡片阅读器磁头等方面。而Fe-Si材料蕴藏丰富、高效环保，已经成为通讯、电力工业和电子工业中不可或缺的软磁材料。Fe3Si薄膜材料具有磁导率高、矫顽力Hc比较小、饱和磁感应强度Br高、高频下具有优异磁性等优点。再着Fe3Si薄膜具有巨磁阻的性

2、质，当外磁场作用时，电阻会发生剧烈变化，有望用于巨磁阻磁头、巨磁阻存储器、各种磁传感器上。2Fe3Si薄膜的制备方法随着Fe3Si薄膜制备工艺的不断发展，目前国内外Fe3Si薄膜的制备方法主要有分子束外延法、脉冲激光沉积法、离子束合成法、射频溅射法等。3Fe3Si薄膜的国内外研究现状3.1国外研究现状1993年5月，H.Liou等[1]开始通过多腔室分子束外延法在GaAs(001)衬底上外延生文/高赐国谢晶谢泉刘栋磁性Fe3Si薄膜具有高饱和磁化强度、高磁导率、高自旋极化率等优越性，在巨磁阻方面和自旋电子器件中有着广泛应用前景。本文介绍了

3、目前关于Fe3Si薄膜制备的几种主要方法——分子束外延法、脉冲激光沉积法、离子束合成法、射频溅射法等。通过对国内外Fe3Si薄膜发展现状的研究，分析了Fe3Si薄膜的结构、性能及应用。摘要长超薄Fe3Si薄膜的研究，制备的薄膜厚度从2-210纳米层（ML），膜厚即使薄到2ML也具有铁磁性，当膜厚为10ML-50ML时，样品的矫顽力随膜厚的减小逐渐增大，而当膜厚为2ML-10ML时，矫顽力变化趋势则表现出相反特性，且随膜厚增加，其磁滞回线矩形度越好。2004年6月，D.Nakagauchi等[2]通过脉冲激光沉积在硅和石英衬底上生长了铁磁性

4、Fe3Si薄膜，当衬底温度为300℃时，硅和石英衬底都能很好的生长出单一的多晶Fe3Si薄膜，而当衬底温度超过400℃时，硅衬底中的硅会扩散到薄膜中去，形成Fe3Si和FeSi混合相。同时还发现Fe3Si薄膜跟半导体FeSi2具有相同的阻值，因此有望应用于多层巨磁电阻方面。2005年11月，Kobayashi等通过分子束外延法制备了一种Fe3Si/CaF2/Fe3Si混杂结构，通常情况下，如果铁和硅直接沉积到衬底硅上，很难阻止FeSi相的形成，通过在Fe3Si和Si衬底之间加一层CaF2，在Fe3Si生长为温度400℃时，证明CaF2层能

5、够阻止FeSi相的形成，同时测得饱和磁化强度和矫顽磁场强度分别为550emu/cm3和20Oe。2007年2月，Kobayashi等使用分子束外延法在CaF2/Si(111)上外延生长了Fe3Si(24nm)/CaF2(2nm)/Fe3Si(12nm)磁性隧道结结构，研究发现Fe3Si薄膜的衬底生长温度为80℃时，250℃退火半个小时，得到的薄膜具有很高平整度。3.2国内研究现状2007年1月，FangtingLin等[3]采用脉冲激光沉积法制备了单一相Fe3Si薄膜，研究Fe3Si/Si(100)异质结的结构有序性和磁学性质，发现随着衬

6、底温度的增加，Fe3Si结构从A2到B2再到稳定DO3转变；饱和磁化强度随衬底温度的升高而降低。室温下得到的薄膜饱和磁化强度为917kAm-1，与块体DO3型Fe3Si的饱和磁化强度相近。2009年3月，YingJing等采用物理气相冷凝沉积方法制备Fe3Si纳米粒子，其各向异性常数K1估计为8.0×105ergs/cm3，Fe3Si与Heuslar合金具有相似的性质，具有高极化率，有望用于自旋电子器件上。在2013年3月，YingJing等通过物理气相沉积法制备了Fe3Si纳米粒子，发现它有很高的磁矩和较大的磁各向异性势垒，具有可变磁场

7、加热效应，合适的工作条件，预计Fe3Si纳米粒子将能在超过150Oe电磁场和100KHz频率条件下运行。4总结综上所述，铁磁性Fe3Si薄膜具有优异的磁性能，在巨磁阻方面和自旋电子器件中有着广泛应用前景。通过对Fe3Si薄膜制备方法和国内外研究现状的研究和综合分析，对今后Fe3Si薄膜的制备和性能研究及应用上有重要的参考价值和借鉴意义。（通讯：谢泉）