FeCoAlN薄膜的软磁性、动态磁性及热稳定性的研究

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滞伸缩系数而难以实现软磁性能。最近的研究表明Fe70Co30N、Fe60Co40N、Fe81Co19N薄膜具有良好的软磁性能，但其热稳定性能很差，当退火温度高于200℃时，其软磁性能基本消失。在FeCoN体系中掺入适当的元素有利于改善其热稳定性，因此本文工作用磁控溅射方法制备了一系列Fe：Co原子比为64．8：35．2的FeCoAlN薄膜，对它们的结构、静态磁性、动态磁性及热稳定性进行了研究。研究结果表明：FeCoAlN薄膜可以实现良好的软磁性和高频特性，并且（Fe64．8Co35．2）AlN薄膜的热稳定性随着Al含量的提高而得到显著改善。主要结果如下： （1）Al含量为3．7％的溅射态（Fe64．8Co35．2）96．3Al3．7N薄膜，在N2/（Ar+N2）流量比（R）为9％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400。 （2）R为9％的（Fe64．8Co35．2）AlN薄膜，当Al含量小于6．2％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Al含量进一步的增加，由于薄膜中应力的增加，矫顽力增大，单轴各向异性不明显，动态表现变差。 （3）薄膜的磁性热稳定性随着Al含量的提高明显改善，不同Al含量的薄膜在不同的最优退火温度Topt以上热处理60 min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，而最优退火温度Topt随着Al含量的增加而提高。不含Al的（Fe64．8Co35．2）N薄膜在150℃热处理时仍然保持较好的软磁性和动态特征，但在200℃热处理后，矫顽力急剧增加，难轴各向异性消失，磁导率很低，没有共振现象出现。含Al为13．5％的薄膜在400℃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1．89GHz，磁导率实部在衰落之前大于380。 （4）溅射态（Fe64．8Co35．2）93．8Al6．2N薄膜的饱和磁化强度随着膜厚的变化几乎没有变化，这说明饱和磁化强度与膜厚和结构无关。而矫顽力随着膜厚的增加却逐渐减小，这可能是由于随着膜厚的增加，内应力逐渐减小，所以矫顽力也随之减小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米磁性材料概述

1.2磁性薄膜

1.3磁性材料中的基本现象及能量表述

1.4磁畴、矫顽力及磁滞现象

1.5晶粒尺寸效应和有效各向异性

1.6复数磁导率及包含涡流效应的磁化动力学析分

1.7高频软磁性薄膜的研究现状

1.8 FeCoAIN薄膜的研究目的和意义

第二章实验方法

2.1样品的制备

2.1.1磁控溅射的基本原理

2.1.2基片准备过程

2.2样品的表征

2.2.1薄膜厚度测量

2.2.2 X射线衍射（XRO）

2.2.3振动样品磁强计（VSM）

2.2.4电阻率的测量

2.2.5动态磁性测量

2.2.6薄膜成份的测量

第三章FeCoAIN薄膜的结构与性能

3.1样品制备条件

3.2 N含量对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜结构和静态磁性的影响

3.2.1 N含量对薄膜结构的影响

3.2.2 N含量对薄膜静态磁性的影响

3.3 AI含量对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜结构和静态磁性的影响

3.3.1 AI含量对薄膜结构的影响

3.3.2 AI含量对薄膜静态磁性的影响

3.4 N含量对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜动态磁性的影响

3.5 AI含量对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜动态磁性的影响

3.6 AI含量对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜磁性热稳定性的影响

3.7不同膜厚对(Fe64.8Co35.2)AIN薄膜结构和磁性的影响

3.7.1不同膜厚对薄膜结构的影响

3.7.2不同膜厚对薄膜磁性的影响

3.8退火条件对(Fe64.Cco35.2)AIN薄膜磁性的影响

3.8.1不同温度热处理对薄膜磁性的影响

3.8.2不同时间热处理对薄膜磁性的影响

3.8.3不同膜厚热处理对薄膜磁性的影响

第四章总结与展望

4.1本文工作总结

4.2展望

参考文献

硕士论文工作期间发表的学术论文

致谢