M型鋇鐵氧體厚-薄膜的制備及微波性能研究.pdf

1、隨著電子信息和通訊技術(shù)的高速發(fā)展,要求其電子器件不斷的向多功能、小型化發(fā)展,這對(duì)電子材料的篩選、制備以及設(shè)計(jì)提出了更高的要求。六角磁鉛石鋇鐵氧體(BaFe12O19,BaM)不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、大矯頑力、高飽和磁化強(qiáng)度和高的截止頻率,而且擁有高的剩磁、大的磁晶各向異性、可調(diào)整的磁各向異性場(chǎng)、低的微波損耗等特點(diǎn),使得其作為一種電子材料在微波/毫米波器件等電子器件方面得到廣泛的應(yīng)用。
　　本論文的研究工作是圍繞著B(niǎo)aM的低溫?zé)Y(jié)

2、、BaM厚/薄膜及其復(fù)合薄膜的制備及其改性展開(kāi)。首先,為了能使BaM生瓷厚膜片在LTCC技術(shù)上得到應(yīng)用,采用固相法并且通過(guò)添加BaCu(B2O5)(BCB)助燒劑來(lái)制備低溫?zé)Y(jié)的BaM。研究發(fā)現(xiàn),添加3wt％BCB時(shí)能夠降低BaM的燒結(jié)溫度到900°C,此時(shí)密度、磁導(dǎo)率和比飽和磁化強(qiáng)度均達(dá)到最大值。然而純相的BaM的磁各向異性場(chǎng)太強(qiáng),致使其無(wú)法在高頻片式器件中使用,通過(guò)CoTi離子取代量BaM中的部分 Fe離子, Ba(CoTi)xFe

3、12-xO19從x=0時(shí)磁導(dǎo)率為3提高到x=1.2時(shí)的17.5,可以看出磁各向異性場(chǎng)下降,其原因在于CoTi離子取代了2b次晶格位中的Fe離子。由于CoTi的離子半徑和Fe的離子半徑不一樣,晶格常數(shù)(a, c)發(fā)生了畸變,晶胞體積也膨脹,從而造成單個(gè)晶粒形狀的形變。通過(guò)流延法制備BaM厚膜,所得厚膜的飽和磁化強(qiáng)度為4008Gs,剩磁為3201Oe,矩形比為80％,通過(guò)XRD研究發(fā)現(xiàn)它沿c軸的取向度較低,導(dǎo)致它的微波損耗大。
　　為

4、了能得到高取向度、低損耗的BaM,采用有機(jī)金屬裂解法(MOD)制備BaM薄膜,通過(guò)優(yōu)化乙二胺四乙酸(EDTA)和金屬陽(yáng)離子的比例、轉(zhuǎn)速、燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛等工藝,制備出優(yōu)化工藝后的薄膜:它的平均(avg)和二次平方根(rms)粗糙度的值分別為6.95±1.5nm和8.92±1.94nm;單個(gè)晶粒的生長(zhǎng)狀況是階梯層狀的,每一層的高度為2.28nm;飽和磁化強(qiáng)度(4 SM)為4204Gs,剩磁比為96％,磁各向異性場(chǎng)( H A)為16.5k

5、Oe;鐵磁共振線寬隨共振頻率呈W型變化,而且這些線寬均小于180Oe。在50 GHz時(shí)最小,為118Oe,在60 GHz時(shí)最大,值為173Oe。
　　此外,為了能進(jìn)一步提高微波/毫米波器件的工作共振頻率,同時(shí)能保持需要低的外偏置磁場(chǎng),鋇鐵氧體就應(yīng)該需要具有更高的各向異性場(chǎng),接著研究非磁性鋁(Al)離子對(duì)BaM磁性能、微波性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),Al離子取代Fe離子,導(dǎo)致晶格的畸變,從而使六角晶粒消失,不規(guī)則條狀的晶粒逐漸增多;Fe3

6、+離子被Al3+離子取代后造成總磁矩減少和Fe3+-O-Fe3+超交換作用減弱,導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度和居里溫度均減少,但是樣品都具有非常高的剩磁,矩形比在0.8到0.94之間。結(jié)果表明,隨著取代量的增大, H A的變化越明顯,當(dāng) x=0時(shí),最小值在63K為16.1kOe,最大值為16.9kOe(室溫);變當(dāng)x=2時(shí),最小值為23.8kOe在60K,最大值為27.5kOe(室溫)。在室溫時(shí), H A隨著取代量的增加呈線性增加。
　　最后

7、,因?yàn)閱蜗嗖牧螧aM無(wú)法同時(shí)具有優(yōu)異的磁電性能。因此,探索了BaM基磁電復(fù)合薄膜—鉭酸鍶鉍/鋇鐵氧體(SBT/BaM)的磁電性能及磁電耦合效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),SBT和 BaM能夠完美的共存,飽和磁化強(qiáng)度高達(dá)(4πMs)3981Gs,矩形比為93％;FMR線寬為140Oe,介電常數(shù)高達(dá)175,而且最大電場(chǎng)為30kV的時(shí)候,介電常數(shù)可調(diào)大約為25％;電場(chǎng)高達(dá)20V的情況下漏電流的級(jí)別僅僅為1 mA/cm2,具有非常高的磁電耦合效應(yīng),磁電耦合系數(shù)