氮掺杂铁钴基薄膜结构和磁性的研究

《氮掺杂铁钴基薄膜结构和磁性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、兰州大学博士学位论文摘要随着电子信息技术的发展，磁感应元件越来越向微型化、集成化、高频化方向发展。而电磁干扰和电磁污染的逐步增加，也使我们对吸波材料提出了更高的要求。因此，具有高饱和磁化强度和良好高频动态特性的软磁性薄膜越来越受到重视，对高频软磁性薄膜的深入研究对于满足这些需求具有重要的意义。FeCo合金因为具有最高的饱和磁化强度而备受关注，但是FeCo合金因具有较大的磁晶各向异性和磁致伸缩系数而难以实现软磁性能。最近的研究表明Fe70C030合金中掺入N元素有利于改善其软磁性能。本文工作用磁控

2、溅射方法制备了一系列Fe：Co原子比为81：19的FeCoN薄膜和Fe：Co原子比为65．4：34．6的FeCoTiN薄膜，对它们结构和静态磁性和动态磁性以及热稳定性进行研究。研究结果表面leglCol9N薄膜和(Fe65．4C034．6)TIN薄膜可以实现良好的软磁性和高频特性，并且(Fe65．4C034．6)TIN薄膜的热稳定性随着Ti成分的提高而得到显著改善。主要结果如下：(1)含N量较低的FeslCot9N薄膜具有高的饱和磁化强度∥批(大于2T)、低矫顽力(4．7Oe)和高的电阻率(37

3、．118∥Qcm)，动态磁性表现为自然共振模式，共振频率从0．9．2．8GI-Iz，其中N2／(Ar+N2)流量比(N2％)为4．5％的薄膜展现出良好的一致共振，共振频率为2．8GHz，磁导率实部在衰落之前大于400，虚部共振峰的半高宽为lOHz左右。N含量较高(N20／0>4．5％)的薄膜软磁性变差，并出现垂直各向异性，产生条状畴结构，这可能是由于宏观应力的作用。(2)FeslCol9N薄膜的软磁性主要来源是由于N的掺入有利于薄膜的晶粒细化，从而产生晶粒问的交换耦合作用，使磁晶各向异性被平均为

4、较小的有效各向异性。另外。N进入FeCCo)晶格间隙位后造成晶格畸变，产生磁弹性能最初有利于各向异性能的减少，但继续增大的畸变使有效各向异性能增加导致软磁性降低。(3)氮气流量比N2％为6％和9％的薄膜的动态磁性在面内难轴和易轴方向都展现出多个明显的共振峰，这是由于条状畴复杂的平衡磁化状态和动态磁化过程有效场的不一致性引起的。不同共振峰可能由薄膜中不同位置表面畴或体畴贡献。(4)Ti含量为5．3％的溅射态的(Fe65．4C03,)．6)0．4．7弛jN薄膜，在N20／o为60／0—8％I兰州大学

5、博士学位论文范围时表现为良好的软磁性和面内单轴各向异性，磁导率谱表现出良好的高频特征，自然共振频率大于2GHz，磁导率实部在衰落前大于500。N2％d'于6％时由于薄膜晶粒尺寸较大，薄膜局域各向异性较高，矫顽力较大，磁导率很小，磁导率谱没有出现共振现象。当N2％大于8％，矫顽力仍然较小，但是饱和磁化强度和各向异性场都大幅降低，高频特性变差，磁导率和共振频率降低，这可能是因为在较大N2％时出现氮化物团簇的原因。(5)氮气流量比N2％为7％1拘(Fe65．4C034．s)TiN薄膜，当瓜成分小于7．

6、60／0时，在溅射态表现出良好的软磁性和单轴各向异性，动态磁性表现为良好的一致共振模式，共振频率大于2GHz，随着n含量进一步的增加，矫顽力增大，单轴各向异性不明显，动态表现变差，这可能是由于薄膜中应力的增加。(6)薄膜的磁性热稳定性随着Ti成分的提高明显改善，不同含面量的薄膜在不同临界温度(To)以上热处理--4'时后，由软磁性和单轴各向异性向硬磁和各向同性转变，动态磁性也相应变差。临界温度疋随着n含量的增加而提高。不含Ti的(Fe65．4C034．6)N薄膜在2000C热处理后，矫顽力急剧增

7、加，单轴各向异性消失，磁导率很低，没有共振现象出现。含n为12．9％的薄膜在4500C热处理后仍然保持良好的软磁性、单轴各向异性和一致共振的动态特性，自然共振频率1．9GHz，磁导率实部在衰落之前大于500．．关键词：FeCoN薄膜；软磁性；动态磁性：热稳定性。II兰州大学博士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofelectronicinformationtechnology,themagneticinductiondevisesBl'ebecomingmor

8、eandmoreminiaturizedandintegratedanddesiredforhi。ghfrequencyimplication．Meanwhile，Weneedmoreadvancedmicrowaveabsorptionmaterialstoelimatetheincreasinginterferenceandpollutionofelectromagneticwave．Therefore，thesoftmagneticfilmswitllllighsaturationmagn