稀土Nd掺杂FeCo纳米磁性薄膜的结构和磁性

摘要

随着电子设备小型化、高频化的不断发展，应用于电磁器件的高频软磁材料成为一个十分活跃的研究领域。理论和实验表明，CoFe基软磁性薄膜在获得高微波磁导率方面优于其它磁性薄膜，而稀土元素的掺杂可从本质上影响Co基非晶薄膜的复数磁导率特性，稀土元素的适量加入可提高共振频率，提高其高频软磁性能。 本文利用射频磁控共溅射方法，在不同的衬底条件下，通过改变Nd靶溅射功率，制备了一系列Ta/Ndx(FeCo)100-x/Ta纳米薄膜。利用X-ray衍射测量了样品的晶体结构，利用原子力显微镜得到了样品的表面形貌；用振动样品磁强计(VSM)和磁力显微镜(MFM)分别研究了样品的静态磁性和磁畴结构；用单端带线法测量了样品的高频磁谱，得到以下结论： 1.对于衬底温度加热至300℃制备出的样品，溅射态及热处理后样品均没有面内各向异性，样品的饱和磁化强度随Nd含量的增加而减小，矫顽力随Nd含量的增加而增大。对于Nd13(FeCo)87样品，由于旋转各向异性的存在，测得该薄膜的共振频率约为1.5GHz。 2.对于衬底不加热的样品，研究了其结构和磁性随Nd含量和真空磁场退火温度(T)的变化关系。X射线衍射研究表明热处理前的薄膜为非晶态，随着T的升高，逐渐析出FeCo纳米晶，随T的进一步升高，FeCo纳米晶粒逐渐变大，而且在薄膜中生成了FeCoNd合金纳米晶。利用振动样品磁强计研究了纳米薄膜的静态磁性。结果表明，饱和磁化强度随着Nd含量的升高而降低。 3.对Nd含量较低的Nd13(FeCo)87样品研究表明：由于垂直各向异性的存在，溅射态及热处理后的薄膜样品均没有面内各向异性样品，表现为条纹畴结构。 4.在Nd含量高于13％的样品中，经真空磁场热处理的样品都表现出很好的面内磁各向异性，在Ta/Nd20(FeCo)80/Ta样品中获得了易轴矫顽力1.70e，难轴矫顽力为2.50e，各向异性场为102.60e的优异静态磁性，表明在高频领域具有很好的潜在应用前景。

目录

文摘

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第一章 引言

第二章基础理论

2.1纳米晶软磁材料起因

2.1.1非晶中的随机各向异性模型

2.1.2纳米晶中的随机各向异性模型

2.2软磁材料中的动态磁化机制

2.2.1磁滞回线的形状

2.2.2磁畴和畴壁移动

2.2.3复数磁导率

参考文献

第三章样品的制备与测试

3.1样品的制备

3.1.1磁控溅射的基本原理

3.1.2溅射工艺参数的选择

3.1.3样品的制备及处理过程

3.2测试方法

3.2.1微结构

3.2.2磁性测量

3.2.3成分测量

3.2.4厚度的测量

3.2.5高频磁导率的测量

参考文献

第四章300℃衬底温度下Ta／Ndx(FeCo)100-x／Ta样品结构与磁性研究

4.1微结构

4.2磁性

参考文献

第五章退火温度对Ta／Ndx(FeCo)100-x／Ta薄膜结构和磁性的影响

5.1磁控溅射方法制备Ta／Ndx(FeCo)100-x／Ta样品

5.2退火温度对薄膜结构和磁性的影响

5.2.1微结构

5.2.2退火温度对薄膜磁性的影响

5.3薄膜磁性与Nd掺杂含量的关系

5.4薄膜的高频磁性

5.5小结

参考文献

第六章结论

致谢