复合结构磁芯非对称巨磁阻抗效应的研究

摘要

本文主要讨论了由Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9和Fe76Si7.6B9.5P5C1.9两种组分组成的复合结构磁芯的非对称巨磁阻抗(AGMI)效应，包括以下两种磁芯，一种磁芯是中间为具有宽线性巨磁阻抗(GMI)效应的FeCuNbSiB薄带，两端为均含有硬磁相的FeSiBPC薄带或是FeCuNbSiB薄带组成的复合结构薄带磁芯。另一种是中间为软磁性能较好的FeCuNbSiB薄膜，两端为均含有硬磁相的FeSiBPC的薄膜组成的复合结构薄膜磁芯。为了能够获得AGMI效应，本文分别对组成复合结构磁芯的薄带与薄膜进行了单独的研究，结果如下:
　　一、FeCuNbSiB薄带的宽线性GMI效应
　　1.FeCuNbSiB薄带在457MPa张应力460℃应力退火1h后，样品的巨磁阻抗曲线具有宽线性，而且相比于其它退火温度与张应力的巨磁阻抗曲线，在近零场附近也是最为灵敏的，其最大阻抗比为590.7％，外磁场的线性区间为930.2A/m，线性系数R为0.9945。
　　2.对于在460℃不同应力退火的FeCuNbSiB薄带，其巨磁阻抗曲线半高宽随张应力的增加而增加，并呈现出近似线性的单调递增趋势。
　　二、FeSiBPC薄膜的纵向驱动GMI效应
　　1.通过用射频磁控溅射法制得了3.0μm厚FeSiBPC薄膜，采用纵向驱动模式，薄膜样品退火温度高于200℃后，均能显现出明显的GMI效应，最佳退火温度为250℃。
　　2.对于3.0μm厚的薄膜样品，随着薄膜样品退火温度的增加，其GMI曲线的半高宽逐渐减小，灵敏度曲线则是先增加后减小，在样品退火温度为300℃时，达到最大为2.06％/(A·m-1)。
　　3.用射频磁控溅射法又制得了1.5μm厚FeSiBPC薄膜样品，同样采取纵向驱动模式，发现对于FeSiBPC薄膜样品，当薄膜厚度为1.5μm，退火温度高于510℃时，薄膜样品中含有硬磁相。
　　三、复合结构磁芯的纵向驱动AGMI效应
　　1.将含有硬磁相的FeSiBPC、FeCuNbSiB薄带分别与具有宽线性巨磁阻抗效应的FeCuNbSiB薄带组成了复合结构磁芯，在纵向驱动模式下，磁化后的磁芯表现出了非对称巨磁阻抗效应的现象，最大阻抗比分别为284.95％、116.3％，峰值对零磁场的偏移大小分别为93.02 A/m、186A/m。
　　2.采用开天窗的方式在Si片上镀FeCuNbSiB与FeSiBPC薄膜，然后组成复合结构薄膜的磁芯，其中FeCuNbSiB薄膜的厚度为3.0μm，FeSiBPC薄膜的厚度为1.5μm，分别地经过300℃和519℃氮气保护的退火处理，可以获得非对称巨磁阻抗效应，最大阻抗比为92.96％，峰值偏移大小为11.62 A/m。
　　3.对于复合结构的薄带和薄膜磁芯，在磁化后表现出来的非对称巨磁阻抗效应，均没有磁滞。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 Fe基软磁合金

1．2．1 Fe基软磁合金的发展历程

1．2．2 Fe基软磁合金的特点

1．2．3 Fe基软磁合金的晶化机制

1．2．4 Fe基软磁合金的磁畴结构

1．3 巨磁阻抗效应

1．3．1 巨磁阻抗效应的定义及其发展概况

1．3．2 巨磁阻抗效应产生的机制

1．3．3 巨磁阻抗的测量方法及阻抗比的定义

1．3．4 基于GMI的磁敏传感器的应用

1．4 本文的选题意义与创新点

2 样品的制备和实验方法

2．1 Fe基合金薄带样品的制备

2．1．1 非晶薄带的甩制

2．1．2 自由退火薄带样品的制备

2．1．3 应力退火薄带样品的制备

2．2 Fe基合金薄膜样品的制备

2．2．1 Fe基合金靶材的制备

2．2．2 磁控溅射沉积薄膜

2．2．3 自由退火薄膜样品的制备

2．3 测试方法及原理

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 热分析

2．3．3 GMI效应的测量

2．3．4 台阶仪

3 FeCuNbSiB薄带的宽线性巨磁阻抗效应

3．1 非晶态样品的GMI效应

3．2 自由退火的GMI效应

3．3 张应力退火样品的GMI效应

3．3．1 相同张应力不同退火温度的GMI效应

3．3．2 相同退火温度不同张应力的GMI效应

3．4 本章小结

4 FeSiBPC薄带与薄膜的巨磁阻抗效应

4．1 FeSiBPC薄膜的纵向驱动GMI效应

4．1．1 样品制备及纵向驱动巨磁阻抗效应的测量

4．1．2 3．0μm厚FeSiBPC薄膜的GMI效应

4．1．3 1．5μm厚FeSiBPC薄膜的GMI效应

4．2 FeSiBPC薄带的GMI效应

4．2．1 339MPa应力不同退火温度对样品GMI效应的影响

4．2．2 500℃以上高温退火对样品GMI效应的影响

4．3 本章小结

5 复合结构磁芯的非对称巨磁阻抗效应

5．1 非对称巨磁阻抗效应的研究现状

5．2 FeCuNbSiB和FeSiBPC薄带组成磁芯的AGMI效应

5．2．1 磁芯中间软磁薄带全部粘牢对AGMI效应的影响

5．2．2 磁芯中间软磁薄带只粘一头对AGMI效应的影响

5．3 FeCuNbSiB和FeCuNbSiB薄带组成磁芯的AGMI效应

5．4 FeCuNbSiB和FeSiBPC薄膜组成磁芯的AGMI效应

5．4．1 采用开天窗方法镀FeCuNbSiB与FeSiBPC薄膜

5．5 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读学位期间获得的研究成果

致谢

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