Ni75Fe25-ZnO纳米颗粒膜的高频软磁特性研究

摘要

随着对器件小型化和高性能的需要，对具有高磁导率、高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率的软磁薄膜的需求量越来越大。金属-半导体纳米颗粒膜作为一种新型的软磁材料已经成为研究热点之一。本文中，我们制备了Ni75Fe25-ZnO系列纳米软磁颗粒膜，研究了样品的结构微结构、电性、磁性以及样品的高频特性。
　　实验发现，透射电子显微镜明场像显示的纳米级金属颗粒均匀地镶嵌在ZnO半导体介质中，其金属颗粒尺寸约为4.7nm，颗粒之间的间隙在1nm以下。电子衍射环显示金属颗粒为面心立方晶体结构，X射线衍射研究也证明金属颗粒为面心立方晶体结构。
　　对于Ni75Fe25-ZnO系列颗粒膜，我们系统地研究了矫顽力Hc随金属体积分数x的变化关系。在x＝0.52-0.72的宽成分范围内，得到了很好的软磁性能。Hc最小为1.1Oe，最大不超过5Oe。对于Ni75Fe25-ZnO系统，由于Ni75Fe25的铁磁性交换长度Lex很大，约为153nm，使得在很宽的成份范围内，颗粒间距和大小之和都远小于Lex，从而在该成份范围内，颗粒间都发生了交换耦合作用。由于交换耦合使颗粒的磁矩平行排列，从而抵消了单个颗粒的各向异性，使得样品的平均各向异性显著降低，因此有效地降低了矫顽力。对于典型样品x＝0.64，易轴矫顽力Hce=3.62Oe，难轴矫顽力Hch=0.506Oe，电阻率ρ=1790.15μΩcm，如此高的电阻率和低矫顽力预示该样品具有很好的高频应用前景。
　　溅射Ar气压和基底温度是影响材料软磁性能的关键因素。当溅射气压PAr=0.12Pa，基底通水冷却时，样品得到很好的软磁特性且有明显的单轴各向异性。在这个溅射气压下，制备了不同膜厚的样品。当样品的厚度小于100nm时，由于界面效应，矫顽力迅速增大。当厚度大于100nm，界面效应可以忽略，矫顽力的大小可以用Herzer的随机各向异性模型进行解释。
　　对典型样品x＝0.64的磁导率随频率的变化关系的研究结果表明，在小于1GHz时，磁导率的实部μ'基本保持120不变。当频率大于1.1GHz时，磁导率的虚部μ

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第一章 前 言

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3高频软磁纳米颗粒膜的基本性质

1.4存在的问题及本文主要工作

第二章 样品的制备和表征

2.1实验方法介绍

2.2样品的表征

第三章 Ni75Fe25含量对Ni75Fe25-ZnO高频软磁特性的影响

3.1 Ni75Fe25-ZnO的结构和微结构

3.2 Ni75Fe25-ZnO颗粒膜的磁性及电阻率

3.3 Ni75Fe25-ZnO颗粒膜的高频特性

第四章 溅射条件对Ni75Fe25-ZnO高频软磁特性的影响

4.1溅射压强对Ni75Fe25-ZnO软磁特性的影响

4.2基底温度对Fe70Co30-ZnO的磁性影响

4.3膜厚对Ni75Fe25-ZnO颗粒膜的软磁高频特性影响

4.4 (Ni75Fe25)87(ZnO)13样品的高频软磁特性

第五章 总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢