c轴取向的hcp-CoIr软磁薄膜的溅射制备及微观磁畴结构研究

摘要

磁畴和畴壁在磁学中占有重要的地位。材料中磁畴结构和畴壁形态是影响材料的性质及其应用的重要因素。在最近几十年中，软磁薄膜得到了广泛的应用，如：垂直磁记录、磁传感器、高频电感器件、微型传感器、噪声抑制器及自旋阀等。在这些应用中，材料的畴结构及畴壁的形态起到了举足轻重的作用。在垂直磁记录中，软磁衬底层要满足薄膜足够厚且磁矩仍基本躺在面内的要求，也就是说软磁薄膜的畴壁在较高的厚度下仍然是Néer壁；在高频应用中，为了提高性能，也会要求薄膜足够的厚且没有条纹畴。但是传统的单层Fe-基，FeCo-基软磁薄膜都不能很好的满足这些条件。大量的科研工作者在这方面做出了许多的工作并提出了解决这个问题的方法：绝缘层隔开的多层膜、反铁磁耦合方式，然而在这些方式下，薄膜的样品制备工艺相对繁琐，且会导致磁性层薄膜整体不均匀。如果能在单一软磁薄膜中解决上述问题，不仅能实现制备工艺的简化，还能达到磁性薄膜整体均匀的目的。通过调节软磁薄膜的内禀参数来实现更高的Néer壁转变厚度及抑制条纹畴的出现就是一种很好的方法，具有可控垂直薄膜平面负磁晶各向异性的hcp-CoIr软磁薄膜就是一种可行的材料。
　　本研究主要内容包括：⑴溅射制备的hcp-CoIr软磁薄膜的取向度的高低与衬底层的制备条件密切相关，要获取高(002)取向的hcp-CoIr软磁薄膜的先决条件是制备高(111)取向的Au衬底层。⑵Lorenz-TEM及MFM测试表明55 nm高取向hcp-Co83Ir17软磁薄膜的畴壁在退磁状态及磁化反转过程中都是 Néer壁，薄膜在面内难易轴方向的变场Lorenz-TEM的测试结果与薄膜对应磁滞回线符合得很好。⑶理论计算表明在软磁薄膜中引入负磁晶各向异性，能显著提升薄膜Bloch壁的总能量密度，同时不会改变薄膜Néer壁的总能量密度，而这结果必然会提高薄膜的Néer壁转变厚度。理论计算和实验都表明了取向hcp-Co81Ir19软磁薄膜的Néer壁转变厚度高达130 nm，远远高于传统的Fe-基，FeCo-基软磁薄膜的Néer壁转变厚度。⑷通过同步调节Ir片的位置，可以制备出不同成分的高取向度hcp-Co1-xIrx薄膜。磁力显微镜的观测显示随着Ir成分的增加，取向hcp-CoIr软磁薄膜的磁畴结构逐渐从条纹畴转变到Bloch壁，最后转变到Néer壁。这表明了可以通过调节材料的成分实现对微观磁畴结构及畴壁形态的调控。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 软磁薄膜的应用及研究现状

1.3 软磁薄膜的Néer壁转变厚度

1.4 软磁薄膜的条纹畴转变厚度

1.5 本文的研究内容及意义

参考文献

第二章 薄膜制备和表征方法

2.1 薄膜的制备

2.2 薄膜的性能表征方法

参考文献

第三章 薄膜衬底的选取及溅射工艺优化

3.1 衬底的选取

3.2 薄膜溅射工艺优化

3.3 Ir成分的确定

3.4 高c轴取向hcp-Co80Ir20薄膜的制备

3.5 小结

参考文献

第四章 c轴取向的hcp-Co83Ir17软磁薄膜的畴结构及其随外场演化特征

4.1 Co83Ir17薄膜的晶体结构

4.2 Co83Ir17薄膜的表面形貌

4.3 Co83Ir17薄膜的静态磁性

4.4 Co83Ir17薄膜的微观磁畴结构

4.5 小结

参考文献

第五章 c轴取向的Co81Ir19薄膜Néer壁临界转换厚度

5.1 Co81Ir19薄膜的制备

5.2 Co81Ir19薄膜的晶体结构

5.3 Co81Ir19薄膜的表面形貌

5.4 Co81Ir19薄膜的静态磁性

5.5 Co81Ir19薄膜的磁各向异性表征

5.6 50 nm Co81Ir19薄膜的微观磁畴结构观测

5.7 不同厚度Co81Ir19薄膜磁力显微镜测试图

5.8 Co81Ir19薄膜奈尔壁转变厚度

5.9 小结

参考文献

第六章 成分对c轴取向Co1-xIrx薄膜微观磁畴结构及畴壁的调控

6.1 不同成分Co1-xIrx薄膜的制备

6.2 Co1-xIrx薄膜的成分确定

6.3 Co1-xIrx薄膜的晶体结构

6.4 Co1-xIrx薄膜的静态磁性

6.5 Co1-xIrx薄膜的微观磁畴结构

6.6 小结

参考文献

第七章 结论和展望

7.1 主要结论

7.2 展望

在学期间的研究成果

致谢