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1、兰州大学 硕士学位论文 FeCo-ZnO纳米颗粒薄膜的制备与性能研究 姓名：王国崴 申请学位级别：硕士 专业：凝聚态物理 指导教师：葛世慧 20100601 摘要 摘要 在当代科技飞速发展的背景下，由于电子设备小型化和高性能发展的需要， 具有高饱和磁化强度尥、高磁导率肚低矫顽力风、高电阻率p 以及适当大的 各向异性场胁的软磁薄膜成为磁性材料发展的一个重要方向。由金属和绝缘体 介质组成的纳米颗粒膜由于同时具备磁性金属的高饱和磁感应强度、高磁导率以 及绝缘体介质的高电阻率的优点，因此这种纳米颗粒膜软磁薄膜材料已经成为软 磁材料研究中的重要分支之一。到目前为止，对于可以在高频下应用的纳米颗粒 膜的研
2、究主要集中在由磁性金属与绝缘体( 如氧化物、氟化物等等) 所组成的颗 粒膜，而对于由金属颗粒以及半导体介质组成的纳米颗粒膜软磁材料的研究还相 对比较少，所以本文主要工作是利用射频磁控溅射法制备高质量的 ( F e 6 5 C 0 3 5 k ( Z n O ) 1 吖系列纳米颗粒膜并对其性质进行了研究，主要工作内容包括： 利用J G P 5 6 0 CI V 型超高真空磁控溅射仪在水冷玻璃衬底上制备不同体积分数( z ) 的( F e 6 5 C 0 3 5 ) x - ( z n O ) 1 吖纳米颗粒膜，利用X 射线衍射仪( X R D ) 矛E I 高分辨透射电镜 ( H R T E M
3、 ) 测量样品的结构和微结构的信息；利用振动样品磁强计( V S M ) 和传统的 直流四端法对样品的磁学和电学性质进行了测量；利用矢量网络分析仪( V N A ) 测量样品的高频特性。由于样品获得了比较优异的软磁性能，从而证明了由磁性 金属颗粒和半导体介质组成纳米颗粒膜的可行性，得到的主要结论如下： 1 由H R T E M 图像和X R D 结果得薄膜由b c c 相的F e C o 颗粒和f c c 相的Z n O 组 成，F e C o 颗粒的尺寸随F e C o 体积分数的减小而减小，说明Z n O 有细化F e C o 颗粒的作用。 2 研究了如以及也随z 的变化。结果表明随着x
4、的减小，玩先减小后增大， 并且在x = 0 6 7 时达到最小值；而凰的变化趋势是先增大后减小，而且在 x = 0 8 2 0 6 3 的较大范围内风均大于4 0O e ，样品所表现的好的软磁性来源于 F e C o 颗粒间的交换耦合，Z n O 中载流子对实现交换耦合的可能的媒介作用。 3 对于x = 0 6 7 的典型样品，和玩分别为1 4 3 和7 0 8O e ，4 M s 是9 8 5k G ， p 高达2 0 6 1 0 3 Q c m ，凤为5 0 7O e ，步达到2 3 1G H z ，上述样品均没经过任 何退火处理，制备过程也相对简单，这都预示该样品在高频应用方面潜在的市场
5、 应用前景。 摘要 4 对于体积分数x - - O 6 7 的样品，通过对其磁谱进行理论拟合可知，高频下样品 磁化强度的行为是由自然共振决定的。 5 研究了样品的输运性质，对于x - - O 6 7 的样品其电阻温度系数为负，经过拟合 发现p ；，说明其导电机制为弱局域化的电子相互作用。 。 r 6 研究不同溅射功率对样品结构、静态磁性以及高频磁性的影响，结果表明溅射 功率对样品结构及矫顽力的影响不大，随溅射功率的增加饱和磁化强度和共振频 率都是先增加而后略有下降，而各向异性场则单调增加。阻尼因子敏感地随溅射 功率变化而变化。溅射功率为I O O W 的样品由于具有较高的，较低的阻尼因子， 加
6、上高P ，因而具有优异的高频软磁性能。 本文以F e C o Z n O 为例说明了制备金属半导体纳米颗粒膜的可行性，并从 其优异的软磁性能证明了F e C o Z n O 金属一半导体纳米颗粒膜具有很好的应用前 景。 关键字：Z n O ；磁控溅射；金属半导体颗粒膜 l I 摘要 A b s t r a c t W i t ht h er a p i di m p r o v e m e n to fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，m i n i a t u r i z a t i o n a n dh i g hp e r f
7、 o r m a n c eo fe l e c t r o - m a g n e t i cd e v i c e s ，h i g hf r e q u e n c ys o f tm a g n e t i ct h i n f i l m sw i t hh i g hs a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o nM s ，l o wc o e r c i v ef o r c e 风，h i g he l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yPa n da p p r o p r i a t ea n
8、i s o t r o p yf i e l d k ，h a v e a t t r a c t e dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o nf o r y e a r s N a n o g r a n u l a rf i l m s ，c o m p o s i n g o fm a g n e t i cm e t a la n d n o n m a g n e t i ci n s u l a t o rm a t r i x ，i so n eo ft h em o s ti n t e r e s t i n gf i l m sb e c
9、 a u s et h i sk i n d o ff i l m sp o s s e s st h ea d v a n t a g e so f m a g n e t i cm e t a l ( h i g hM 静T aa n di n s u l a t o r ( h i g h 裔 a tt h es a m et i m e T h i sk i n do fn a n o g r a n u l a rt h i nf i l m sh a v eb e e no n eo fh o tp o i n t si n t h ei n v e s t i g a t i o
10、 no fs o f tm a g n e t i cm a t e r i a l U pt on O W ，t h e r ei sn ow o r ks t u d y i n gt h e g r a n u l a r f i l m s c o m p o s i t e d o f m a g n e t i c m e t a la n ds e m i c o n d u c t o rm a t r i x s y s t e m a t i c a l l y ，S O t h e p u r p o s eo f t h i sw o r ki s p r e p a
11、r i n g ( F e 6 5 C 0 3 5 ) 譬- ( Z n O ) l n a n o - g r a n u l a rf i l m sw i t hh i l g hp e r f o r m a n c eb yR Fm a g n e t r o ns p u t t e r i n ga n ds t u d y i n g t h ec h a r a c t e r so ft h ef i l m s I nt h i sp a p e r ，as e r i e so f ( F e 6 5 C 0 3 5 ) x 一( Z n O ) l 吖s o f tm
12、 a g n e t i cn a n o - g r a n u l a rf i l m s w e r ep r e p a r e do ng l a s ss u b s t r a t e sb ym a g n e t r o ns p u t t e r i n g ( J G P 5 6 0 CI Vm o d e l ) T h e s t r u c t u r ea n dm i c r o s t r u c t u r ew e r ea n a l y s e db yx r a yd i f f r a c t i o n ( X R D ) a n dh i
13、g h r e s o l u t i o nt r a n s m i s s i o ne l e c t r o n i cm i c r o s c o p y ( H R T E M ) W eu s ev i b r a t i n gs a m p l e m a g n e t o m e t e r ( V S M ) a n dd cf o u r - p r o b em e t h o dt od e t e r m i n et h em a g n e t i cp r o p e r t i e s a n dt h ee l e c t r i c a l p
14、r o p e r t i e sr e s p e c t i v e l yw h i l et h ep e r m e a b i l i t ys p e c t r aw e r e c h a r a c t e r i z e d b y t h ev e c t o rn e t w o r k a n a l y z e ru s i n g t h es h o r t e d m i c r o s t r i p t r a n s m i s s i o n l i n em e t h o d W ep r o v e dt h ef e a s i b i l
15、i t yo fp r e p a r i n gt h en a n o - g r a n u l a r f i l m sc o m p o s i t e do fm a g n e t i cm e t a la n ds e m i c o n d u c t o rm a t r i x T h em a i nc o n c l u s i o n s a r eb r i e f l yi n t r o d u c e da sf o l l o w s ： 1 I tc a nb es e e nt h a tt h es a m p l ec o n s i s t
16、so fb c cF e 6 5 C 0 3 5p a r t i c l e sa n df c cZ n Of r o m t h eH R T E Mi m a g ea n dt h eX R D s p e c t r u m T h es i z eo fF e C op a r t i c l e sr e d u c e sw i t h d e c r e a s i n gx ，w h i c hi n d i c a t e st h ee x i s t i n go f r e f i n e m e n te f f e c to fZ n O o nF e C og r a i n 2 T h ed e p e n d e n c eo fH c ea n dH ko nm e t a lv o l u m ef r a c t i o nxw a ss y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d
