《FeCoB基纳米磁性薄膜的制备工艺与电磁性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FeCoB基纳米磁性薄膜的制备工艺与电磁性能研究（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 现代电子器件的发展要求有高性能的磁性薄膜，以实现高频化、小型化。本文先综述了国内外对 FeCo 基薄膜的研究状况，然后通过 Landau-Lifschitz 方程对薄膜的高频磁导率进行模拟。文章总结了薄膜中各向异性场的种类和来源，包括宏观形状各向异性、随机各向异性、场感生各向异性、应力各向异性、斜入射各向异性以及与薄膜表面粗糙度相关的各向异性等等，综述了薄膜中的主要损耗机制，包括磁滞损耗、涡流损耗以及由共振引起的损耗，然后描述了磁控溅射的基本原理与薄膜制备过程的典型工艺，并就实验过程中所遇到的典型问题及其解决
2、方法进行了详细的论述，其中包括真空计的校准、溅射过程中由于靶短路导致的无法起辉、靶材太厚导致溅射速率过低、无磁性贴片的固定、基片的选择以及采用聚合物基片解决成分的测量的问题等等，并对磁性薄膜的表征方法进行了综述。 本文讨论了不加感生场情况下的纯FeCoB薄膜的性能， 包括薄膜厚度的影响以及氩气压对薄膜性能的影响，实验表明，薄膜中的损耗与膜厚有关，薄的薄膜有较低的损耗。为获得良好的高频特性，薄膜的厚度不应超过会产生带状畴的临界厚度；氩气压会引起薄膜中的应力反转，明显地影响着薄膜的高频特性。对FeCo基等具有高的正磁致伸缩效应的薄膜，要获得良好的高频特性，应维持较低的溅射气压。然后， 我们详细讨论
3、了掺杂等因素对FeCoB基薄膜的影响， 先是为了调整薄膜的各向异性场以及磁导率而引入了感生磁场，然后为了提高工作频率和改善软磁特性而添加了Ni元素，接着为了提高薄膜的电阻率加入了SiO2，接着讨论了退火对薄膜性能的影响。针对Ni元素的作用，文章讨论了Ni含量对FeCoB薄膜的影响，认为Ni元素的掺入量不宜过多。最后，制备了共振频率超过 2.2 GHz，在 0.5 GHz磁导率的实部和虚部分别为 476 和 92，电阻率为 682 cm的FeCoNiB-SiO2薄膜。这种薄膜在高频感性器件中将有广阔的应用前景。文章的最后，我们还针对国内外的研究状况，提出了今后进一步提高薄膜性能的几种可能的方法。
4、 关键词：关键词：纳米磁性薄膜 FeCoB 复磁导率 各向异性场 I华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract Modern development of inductive devices requires high performance magnetic thin films for higher operation frequency and smaller size. In this article, we present the resent development of FeCo-based thin films, and then
5、we simulate the complex permeability of the magnetic thin films based on the Landau-Lifschitz equation. In addition, we summarize the different kinds of anisotropy fields such as macroscopic shape anisotropy, random anisotropy, field induced anisotropy, magnetoelastic anisotropy, oblique-incident an
6、isotropy as well as the anisotropy related with the film surface topology. The main losses principles are presented next, including the hysteresis loss, the eddy current loss as well as the loss resulted from the permeability resonance. Then we describe the main principles of magnetron sputtering an
7、d the typical process of preparing the magnetic films. Moreover, we present the typical problems met in common experimental procedures, and the detailed solutions are given respectively. These problems include the calibration of the vacuum meter, failure of plasma discharge resulted from the short-c
8、ircuit in the target and the shielding metal, low sputtering rate due to the thickness of the target, fixation of the nonmagnetic chips on the target, choices of the substrate for better properties and the use of polymer substrate for composition analysis. In addition, we describe the corresponding
9、analysis technique for the measurement of the films. We fully discuss the properties of the FeCoB films without adding an induced magnetic field in sputtering or post annealing procedure. The damping in the films is related with the film thickness. It is found that the thinnest film has the lowest d
10、amping in the film. Moreover, we find that the argon pressure has great effects on the film stress so as to affect the film properties. To attain better high frequency properties, it is essential to maintain the argon pressure at low levels. Then, we investigate the properties of the FeCoB-based fil
11、ms by changing the compositions and other procedures. In order to adjust the anisotropy field and the permeability in the film, we introduce the induced magnetic field during sputtering. To obtain higher resonance frequency and better soft properties, Ni is added to the film. To enhance the resistiv
12、ity of the films, insulator SiO2 is appended. At last, we survey the effects of annealing. Due to the great effects of Ni, we investigate the content of Ni to the improvement of the film properties. It is essential to maintain Ni in appropriate low value to obtain good properties. Finally, excellent
13、 film properties are obtained: resonance frequency exceeds 2.2 GHz; the real and the imaginary part of II华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 permeability at 0.5 GHz are 476 and 92, respectively; the resistivity of the film reaches 682 cm. In the last part of the article, based on the worldwide resea
14、rch works already done to date, we propose several possible ways to further improve the film properties. Key words: Nano-Magnetic Thin Films FeCoB Permeability Anisotropy Fields III独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中
15、以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华华 中中 科科
16、 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪绪 论论 1.1 纳米磁性薄膜的一般特性纳米磁性薄膜的一般特性 随着现代科技的发展和深入，未来科学技术的研究和发展方向将会沿着宏观和微观的两个极端发展。纳米科技的研究尺度为 1 到 100 nm左右。纳米技术可以有多种理解1，在材料领域，把纳米级颗粒的制备技术以及由此引起的材料性能的变化称为纳米技术。本文的研究范围限于这一种定义。 材料领域的纳米技术可以分为粉体、固体及液体等材料类别2。纳米固体主要包括纳米纤维、纳米多层膜以及纳米颗粒膜等形式。本文的研究对象是颗粒膜的情况。随着磁性颗粒的减小，磁畴接近于单畴状态，因此由壁移引起的那一部分矫顽力就基本可以忽略。这对软磁性能的提高具有非常重要的意义3。另外，颗粒之间的交换耦合作用增强，磁晶各向异性的作用减小。而且，更大的晶粒界面面积，往往使得薄膜的电阻率较高。 1.2 纳米磁性薄膜的主要应用领域纳米磁性薄膜的主要应用领域 纳米磁
