直流磁控溅射法制备FeCoZrN薄膜及性能的表征

摘要

随着磁性元件不断的向微型化、集成化、高频化方向发展，具有优良性能的软磁薄膜材料得到了深入的研究，并在记录磁头、垂直磁记录媒介、薄膜变压器以及电感器件等方面得到了广泛的应用。这些软磁薄膜材料必须具有高的饱和磁化强度(Ms)、低矫顽力(Hc)、较高的电阻率(ρ)、适当的各向异性场(Hk)以及良好的热稳定性等。
　　Fe1-xCox(0.3＜x＜0.4)合金由于具有非常高的饱和磁化强度而备受关注，但是在这一成分范围内的Fe-Co合金具有较高的磁晶各向异性和较大的磁致伸缩系数，导致其并不能获得很好的软磁性能。研究发现，N元素添加到Fe-Co合金薄膜中，能够降低矫顽力，改善其软磁性;Zr元素的添加则能够降低合金的磁致伸缩系数。因此本文研究了FeCoZrN薄膜的结构和性能。
　　应用直流反应磁控溅射法，以Fe65Co35合金靶材、Zr块为溅射材料，N2为反应气体，Ar为溅射气体，制备了(Fe65Co35)ZrN软磁薄膜，并对其结构、表面形貌、磁性能以及电性能进行表征。
　　具体的研究结果如下:
　　(1) Zr元素含量为8.7％的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜，饱和磁化强度(Ms)随着N2/（N2+Ar）流量比(N2％)的增大而减小，当N2％为15％时薄膜的矫顽力最小为11.68Oe，电阻率则随着N2％值的增大而增大。
　　(2)N2％为15％的Zr元素掺杂量不同的(Fe65Co35)ZrN薄膜，饱和磁化强度(Ms)随着Zr掺杂量的增多而减小，矫顽力和电阻率都随之逐渐增大，总体来看Zr块数量为1时，薄膜的综合性能最好。
　　(3)N2％为15％的厚度不同的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜，饱和磁化强度(Ms)的值随着薄膜厚度的增加基本不发生什么变化，矫顽力随之逐渐减小，电阻率则随之逐渐增大，总体来看溅射时间为30min时，薄膜的综合性能最好。
　　(4)N2％为15％的衬底温度不同的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜，饱和磁化强度(Ms)的值随着衬底温度的增大而增大，矫顽力则随之先增大后减小，但是矫顽力的数值仍然比室温时制备的薄膜矫顽力大，电阻率则随之先增大后减小，总体来看在室温下制备的薄膜综合性能最好。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 磁性的起源及分类

1．2 软磁材料的发展及种类

1．2．1 软磁材料的发展历程

1．2．2 软磁材料的种类

1．3 FeCo基软磁薄膜的研究现状

1．3．1 FeCo-I系列软磁合金薄膜

1．3．2 Fe-X-N系列软磁合金薄膜

1．3．3 FeCo-X-N系列软磁合金薄膜

1．4 本论文的研究内容

第二章 理论基础

2．1 磁性材料的磁化

2．1．1 磁化曲线

2．1．2 磁滞回线

2．2 薄膜的应力

2．3 磁畴

2．3．1 磁畴的成因

2．3．2 畴壁

2．4 矫顽力的晶粒尺寸效应

2．5 衡量软磁材料的重要指标

2．5．1 起始磁导率

2．5．2 矫顽力Hc

2．5．3 饱和磁感应强度Ms

2．5．4 稳定性

2．5．5 高电阻率ρ

第三章 薄膜的制备及测试方法

3．1 薄膜的制备

3．1．1 薄膜的制备方法

3．1．2 磁控溅射的基本原理

3．1．3 薄膜的生长过程

3．1．4 基片的选取与清洗

3．1．5 实验材料

3．2 薄膜性能的测试方法

3．2．1 振动样品磁强计(VSM)

3．2．2 X射线衍射(XRD)

3．2．3 薄膜电阻率的测定

3．2．4 扫描电子显微镜(SEM)

3．2．5 原子力显微镜(AFM)

第四章 FeCoZrN薄膜的结构及性能的表征

4．1 样品制备的基本条件

4．1．1 基本溅射条件

4．1．2 EDS能谱分析

4．2 N含量对(Fe65Co35)ZrN薄膜结构和性能的影响

4．2．1 实验条件

4．2．2 N含量对薄膜结构的影响

4．2．3 N含量对薄膜磁性能的影响

4．2．4 N含量对薄膜电阻率的影响

4．3 Zr含量对(Fe65Co35)ZrN薄膜结构和性能的影响

4．3．1 实验条件

4．3．2 Zr含量对薄膜结构的影响

4．3．3 Zr元素的含量对薄膜磁性能的影响

4．3．4 Zr含量对薄膜电阻率的影响

4．4 厚度对(Fe65Co35)ZrN薄膜结构和性能的影响

4．4．1 实验条件

4．4．2 不同膜厚对薄膜结构的影响

4．4．3 不同膜厚对薄膜磁性能的影响

4．4．4 薄膜表面形貌的分析

4．4．5 不同膜厚对薄膜电阻率的影响

4．5 衬底温度对(Fe65Co35)ZrN薄膜结构和性能的影响

4．5．1 实验条件

4．5．2 衬底温度对薄膜结构的影响

4．5．3 薄膜的AFM分析

4．5．4 衬底温度对薄膜磁性能的影响

4．5．5 衬底温度对薄膜电阻率的影响

第五章 结论

参考文献

致谢