超磁致伸缩TbDyFe薄膜的制备、结构及性能研究

摘要

超磁致伸缩薄膜是重要的功能材料，在微传感、微驱动领域具有广阔的应用前景。本论文工作中采用直流磁控溅射法在单晶Si(100)基片上溅射TbDyFe超磁致伸缩薄膜，并对溅射工艺进行优化；随后系统研究真空热处理温度和时间对TbDyFe超磁致伸缩薄膜的结构、磁致伸缩性能和相关磁学性能的影响。寻求提高TbDyFe薄膜低场磁致伸缩性能的最佳热处理工艺，为TbDyFe薄膜的应用提供基础。 研究结果表明：随着Ar气压的增高，制备态的TbDyFe薄膜磁致伸缩系数先增大后减小。在Ar气压为0.6 Pa时，TbDyFe薄膜的磁致伸缩系数最大，磁致伸缩性能最佳。采用不同的靶和衬底间距，对TbDyFe薄膜的成份有影响，最终也引起薄膜的结构和性能变化。 制备态及450℃真空热处理后Tb0.28Dy0.72Fe2和Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜均为非晶态结构；450℃以上真空热处理后Tb0.28Dy0.72Fe2和Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜中有RFe2磁致伸缩Laves相析出。随着真空热处理温度继续升高，Tb0.28Dy0.72Fe2和Tb0.28Dy0.72Fe2薄膜中RFe2磁致伸缩相的晶粒尺寸增大，同时伴随着R2O3稀土氧化物的出现。真空热处理使Tb0.28Dy0.72Fe2薄膜的易磁化方向从垂直于膜面向平行于膜面转变，从而提高了薄膜的低场磁致伸缩性能。 在500℃真空热处理后和475℃真空热处理30 min、60 min后Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜的矫顽力大于1 kOe，不适于实际应用。475℃真空热处理10min后矾Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜的磁滞回线中，由于薄膜中晶态硬磁相RFe2和非晶态软磁相共存，有明显“蜂腰”形出现。在475℃真空热处理30 min、60 min后Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜的磁滞回线中，“蜂腰”逐渐消失。在475℃不同时间真空热处理后的Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜中，热处理10-min后薄膜的低场磁致伸缩性能最佳。在相同热处理时间下，450℃真空热处理后Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜的低场磁致伸缩性能比475℃热处理后薄膜的低场磁致伸缩性能优异。在所有真空热处理后的薄膜Tb0.29Dy0.71Fe1.8中，450℃真空热处理60 min后薄膜饱和磁化强度较高、矫顽力少于1 kOe，磁致伸缩系数较大，低场灵敏度最佳，适于薄膜实际应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1磁致伸缩薄膜研究意义

1.2超磁致伸缩薄膜材料的研究进展

1.3选题依据

第二章磁致伸缩理论

2.1磁致伸缩的起源与机理

2.2磁致伸缩原子模型

2.3磁致伸缩的唯象理论

2.4磁致伸缩薄膜的磁各向异性

第三章TbDyFe薄膜制备及表征方法

3.1制备方法

3.1.1磁控溅射的基本原理

3.1.2 TbDyFe薄膜的制备

3.2 TbDyFe薄膜的结构和性能表征方法

3.2.1 TbDyFe薄膜的厚度测量

3.2.2 TbDyFe薄膜成分测量

3.2.3 TbDyFe薄膜的结构分析

3.2.4 TbDyFe薄膜的性能测量

3.3本章小结

第四章TbDyFe磁致伸缩薄膜的结构及性能

4.1真空热处理温度对TbDyFe薄膜结构与性能的影响

4.2真空热处理时间对TbDyFe薄膜结构和性能的影响

4.3本章小结

结论

展望

参考文献

硕士期间研究成果

致谢