高頻用FE-Ni基納米軟磁薄膜的制備與研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的工作頻率和集成度不斷提高，作為電子元器件關(guān)鍵組成部分之一的磁性元器件必然要向微型化、集成化、高頻化方向發(fā)展。但是傳統(tǒng)的鐵氧體材料飽和磁化強(qiáng)度較低，受自身性質(zhì)的限制不能在GHz頻率范圍具有較高的磁導(dǎo)率，因此不能滿足當(dāng)前電磁元件的需求。目前，具有高飽和磁化強(qiáng)度的軟磁薄膜越來越受到重視，成為高頻磁性材料研究的熱點(diǎn)。為了使軟磁薄膜能夠具有好的高頻特性，它不僅需要具有高的飽和磁化強(qiáng)度和高磁導(dǎo)率，而且需要具有

2、較大的電阻率以及適當(dāng)大的面內(nèi)磁各向異性場，以抑制渦流損耗和提高自然共振頻率。盡管目前已有許多高頻軟磁薄膜的研究，但是研究結(jié)果表明很難使薄膜同時(shí)獲得較高的飽和磁化強(qiáng)度、較大的電阻率以及高自然共振頻率。因此進(jìn)一步研究在保持較高飽和磁化強(qiáng)度的情況下提高薄膜的電阻率和高頻性能是十分必要的。因?yàn)镕e-Ni合金具有高飽和磁化強(qiáng)度和較低的矯頑力，可在GHz頻段獲得較高的磁導(dǎo)率而備受關(guān)注。因此進(jìn)一步研究Fe-Ni基高頻軟磁薄膜及其在高頻電磁器件中的應(yīng)用

3、是非常必要的。
　　本研究的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)采用磁控濺射的方法，在無外加誘導(dǎo)磁場的情況下濺射制備了一系列Fe80Ni20-O納米晶軟磁薄膜。研究發(fā)現(xiàn)在沉積薄膜時(shí)通入少量的氧氣，可以獲得具有面內(nèi)磁各向異性的Fe80Ni20-O薄膜樣品，而且改變通入氧氣的量就可以調(diào)控薄膜樣品的面內(nèi)磁各向異性場。測試結(jié)果還表明增加通入氧氣的量可以在保持較大飽和磁化強(qiáng)度的情況下，增加薄膜樣品的電阻率。當(dāng)氧氣流量比從0.75％增加

4、到3％時(shí)，F(xiàn)e80Ni20-O薄膜樣品的自然共振頻率從2.2 GHz增加到5.9 GHz，電阻率從56.7μΩ·cm增加到108μΩ·cm。
　　(2)研究發(fā)現(xiàn)單層納米晶薄膜不能在較大厚度下保持好的軟磁性能，因此我們?cè)贔e80Ni20-O薄膜中加入氧化物相，制備了具有不同中間層厚度的[Fe80Ni20-O/SiO2]n納米多層膜樣品。研究結(jié)果表明，僅通過改變非磁性中間層的厚度就可以調(diào)控多層膜樣品的面內(nèi)磁各向異性場，進(jìn)而可以大范圍地

5、調(diào)控多層膜樣品的自然共振頻率。此外，增加氧化物中間層的厚度可以在保證飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率較大的情況下，明顯提升多層膜的電阻率。
　　(3)基于高頻性能最優(yōu)的納米軟磁多層膜樣品的制備條件，我們?cè)诒３执判詫雍脱趸镏虚g層厚度不變的情況下制備了總厚度不同的[Fe80Ni20-O/SiO2]n多層膜樣品。我們分別研究了這些多層膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、磁學(xué)和電學(xué)性能，測試結(jié)果表明，多層膜樣品的總厚度基本不影響樣品優(yōu)異的磁學(xué)性能，這為下一