离子束溅射制备fega薄膜及其磁传感性能研究

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1、上海师范大学硕士学位论文其中α是表征磁电材料性能的磁电系数，P是电极化强度，M是磁化强度磁电材料指铁磁有序和铁电有序两种有序结构共存，同时两种有序结构之间又存在一定形式的耦合的材料，磁电系数越大表明磁电转换效率越高。[1,2]磁电效应是多铁性材料的一个重要效应，具有磁电效应的材料在磁场传感器、滤波器、振荡器、多态存储元件等方面都具有广阔的应用前景。经过近几年的广泛研究，无论是单相磁电材料还是复合磁电材料都已进入应用基础研究阶段。单相磁电材料因为磁有序和铁电有序之间的耦合作用，蕴含了丰富的物理内容，但是奈尔温度（居里温度）比较低，磁电效应比较弱，因此人们的兴趣多集中在物理现象

2、和规律的揭示和认识上，但也有望在量子器件等方面得到广泛应用。复合磁电材料可以实现在室温附近的宽温度范围下的操作，且磁电效应相对较强，比较适合制造实际应用器件。磁电效应不仅仅在电-磁的直接转换中产生，还可以通过中间性能的桥梁作用产生，例如通过机械耦合产生电-机械-磁的转换，即[3]：磁机械磁电效应机械电（1.3）电机械逆磁电效应机械磁其中磁-机械的转换可以通过磁致伸缩材料实现，而电-机械的转换可以通过压电材料实现。我们所使用的FeGa就是磁致伸缩材料，0.89（Bi0.5Na0.5)Ti2O3-0.11BaTiO3（BNTO-BTO）为压电材料。磁致伸缩是指当磁性材料

3、放入磁场中时其可以产生应力或应变，或者当材料受到外界应力或应变的作用时能够产生磁化的现象。磁性材料在磁化过程中发生长度变化（线磁致伸缩）及体积变化（体积磁致伸缩）的现象称为磁致伸缩效应。当在长度为l的棒状磁体上沿轴向施加一个磁场时，磁体的长度变化为△l，则规定磁致伸缩系数l/l。如果在磁场下磁体长度缩短，则△l为负，即磁致伸缩系数λ为负，称为负磁致伸缩，如Ni具有负磁致伸缩。如果在磁场下磁体长度伸长，则△l为正，即磁致伸缩系数λ为正，称为正磁致伸缩，如铁、铁钴合金等具有正磁致伸缩，FeGa就是一种正磁致伸缩材料。磁致伸缩的正负不随磁场施加方向的反向而变化。当磁场增加到

4、一定值后，λ不再随磁场的继续增加而变化，该λ值称为饱和磁致伸缩系数λs。常用的磁致伸缩材料包括纯镍、稀土-铁系合金、2万方数据上海师范大学硕士学位论文部分铁氧体材料等。λ随磁场的变化曲线称为磁致伸缩曲线，通过采用标准应变片法测量材料的磁致伸缩曲线。磁致伸缩效应早在在1842年由Joule发现，所以又称为焦耳效应；而Villari发现了其逆效应即铁磁体在发生形变或受到压力时会发生磁化状态的变化的现象，称为压磁效应。20世纪60年代，Clack发现稀土元素Tb和Dy的铁合金的磁致伸缩系数比普通磁性材料大几个数量级，这种合金被称为超磁致伸缩材料[4]。2000年美国的Gurusw

5、amyS等人报道了FeGa合金具有较高的λ值，特别是其沿（100）方向的单晶，具有高达400ppm的大磁致伸缩系数，称为一种新型的磁致伸缩材料。表1.1列出了几种常见的磁致伸缩材料的相关系数[5]。表1.1几种常见磁致伸缩材料的性能NiFe2O4Terfenol-DFeGaMetglas2605s-2λ(ppm)27-140020040μ206-1020>40000k33N/A0.44N/A0.37QmN/AN/AN/A1000ρ(g/cm3)5.377.87.77.4R(Ω•m)1e65.8e-76e-71.3e-6Toc（C）535N/AN/A415表中λ是饱和磁致伸缩

6、系数，μ是磁导率，k33是磁机械耦合因子，Qm是机械品质因数，ρ是密度，R为电阻率，Tc为居里温度。压电材料是指具有压电效应的材料。当某些电介质在外力作用下发生形变时，其内部会产生电极化现象，在材料的两个相对表面上出现数量相等、符号相反的电荷，当撤掉外力后，电荷消失的现象称为压电效应。1880年居里兄弟首先在α石英晶体上发现了该效应[6]。1881年，Lippman用热力学原理预言了逆压电效应的存在，即当在电介质的极化方向上施加电场时，电介质发生形变，撤掉电场，形变消失，形变与电场强度成比例，这种现象称为电致伸缩现象[7]。随后，居里兄弟用实验证明了逆压电效应的存在[8]，

7、此后，人们对压电材料的研究进入了电-弹-机械互相转换时期。进入20世纪后，一些科研小组开始在实验室探索能够表现出压电效应的具有材料的晶体结构，并且得到了20多种自然晶体结构3万方数据上海师范大学硕士学位论文具有压电效应[9]。压电效应也具有居里温度，当温度高于此温度时，压电效应消失。天然压电晶体具有内禀居里温度，而人工压电晶体可以通过改变成分、加工工艺以及后期处理方法调节居里温度从而满足实际应用的需要[10]。常见的人工压电材料有BaTiO[11]3（BTO）、Pb（ZrTi）O3（PZT）等，如表1.2所示。表1