NiFe基軟磁薄膜的微波電磁性能研究.pdf

1、GHz電磁波通信技術(shù)的迅速發(fā)展使電子元器件間的電磁干擾越來越嚴(yán)重，已威脅信息安全；一些電磁器件如：變壓器、電感器之類的微波器件在高頻下磁導(dǎo)率迅速下降，性能極不穩(wěn)定；軍事偵察技術(shù)的不斷發(fā)展使傳統(tǒng)的隱形材料已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代及未來軍事對抗的要求。傳統(tǒng)磁性材料的磁導(dǎo)率在較高工作頻率下嚴(yán)重衰減，其各方面性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益發(fā)展的新型微波電子器件的需求，因此，需要研發(fā)出適用于GHz頻段的高性能、微型化及低損耗的新型微波電磁器件以及用于抗電磁干

2、擾的高頻磁性材料。目前，高頻電子器件正朝著小型化、片式化發(fā)展。新型的金屬軟磁薄膜可以滿足上述要求，在現(xiàn)代無線電通信、雷達(dá)波隱身技術(shù)、藍(lán)牙、手機(jī)、衛(wèi)星電視、電子對抗、儀器測量、電磁波屏蔽、微波暗室以及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)等諸多領(lǐng)域中都占據(jù)著舉足輕重的地位因而成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。坡莫合金 NiFe基軟磁薄膜的軟磁性能優(yōu)良，具有低的矯頑力、高的飽和磁化強(qiáng)度、高的居里溫度、高的磁導(dǎo)率以及磁各向異性等優(yōu)異的磁學(xué)性能，適宜應(yīng)用于高頻 GHZ工作頻段，因此得到廣

3、泛應(yīng)用。
　　本課題在室溫下采用直流磁控濺射法在(100)向的硅片表面沉積Ta/NiFe/Ta單層膜、 Ta/[NiFe(x nm)/NiFeO(y nm)]10/Ta和 Ta/[NiFe(8 nm)/NiFeO(y nm)]10/Ta結(jié)構(gòu)的多層膜樣品。在濺射過程中，施加一約120 Oe的外加磁場平行于基片表面，以誘導(dǎo)面內(nèi)單軸各向異性。
　　采用X射線衍射分析薄膜的晶體結(jié)構(gòu)與晶向；透射電子顯微鏡觀察樣品的多層膜結(jié)構(gòu)；使用四探

4、針法測出樣品的電阻率；振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)獲得樣品的磁滯回線，從而可以分析薄膜的靜態(tài)磁性：飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力和各向異性場；采用單端口短路法（微帶法）在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測量樣品0.2~5 GHz的磁譜。
　　本研究制備的所有薄膜樣品都具有明顯的NiFe（111）向衍射峰。 NiFe單層膜樣品具有優(yōu)異的軟磁性能：飽和磁化強(qiáng)度高、矯頑力低以及明顯的各向異性，但各向異性隨膜厚的變化并無太大改變，所有單層膜樣品的共振頻率都較低，約在1 GHz左

5、右。多層膜的綜合性能比單層膜優(yōu)異，對于[NiFe(x nm)/NiFeO(y nm)]10結(jié)構(gòu)的多層膜，其單周期 NiFe/NiFeO總厚度為10 nm，樣品的電阻率以及高頻磁性隨y值增大而增大，但當(dāng)y>5 nm，雖其共振頻率更高，但其磁導(dǎo)率仍繼續(xù)減小，過小的磁導(dǎo)率已不適于在高頻領(lǐng)域應(yīng)用，當(dāng)單周期 NiFeO為5 nm時(shí)，此樣品具有較高的共振頻率和磁導(dǎo)率而適用于微波器件；對[NiFe(8 nm)/NiFeO(y nm)]10結(jié)構(gòu)的多層膜

6、樣品，單周期 NiFe層的厚度始終保持8 nm，通過改變NiFeO層的厚度來調(diào)控其微波電磁性能，同樣y值不能太大，否則會(huì)造成磁導(dǎo)率過小而不宜實(shí)際應(yīng)用，在單周期NiFeO為6 nm的樣品中，獲得了最優(yōu)異的微波電磁性能，其電阻率達(dá)到268.8μΩ·cm，共振頻率達(dá)到2.85 GHz，磁導(dǎo)率實(shí)部在0.2~1.9 GHz寬頻范圍內(nèi)大于100，磁損耗因子也達(dá)到0.078，其綜合性能比[NiFe(5 nm)/NiFeO(5 nm)]10的多層膜樣品