FeCo-ZnO納米顆粒薄膜的制備與性能研究.pdf

1、在當(dāng)代科技飛速發(fā)展的背景下，由于電子設(shè)備小型化和高性能發(fā)展的需要，具有高飽和磁化強(qiáng)度Ms、高磁導(dǎo)率μ、低矯頑力Hc、高電阻率p以及適當(dāng)大的各向異性場(chǎng)Hk的軟磁薄膜成為磁性材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。由金屬和絕緣體介質(zhì)組成的納米顆粒膜由于同時(shí)具備磁性金屬的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率以及絕緣體介質(zhì)的高電阻率的優(yōu)點(diǎn)，因此這種納米顆粒膜軟磁薄膜材料已經(jīng)成為軟磁材料研究中的重要分支之一。到目前為止，對(duì)于可以在高頻下應(yīng)用的納米顆粒膜的研究主要集中在由磁

2、性金屬與絕緣體(如氧化物、氟化物等等)所組成的顆粒膜，而對(duì)于由金屬顆粒以及半導(dǎo)體介質(zhì)組成的納米顆粒膜軟磁材料的研究還相對(duì)比較少，所以本文主要工作是利用射頻磁控濺射法制備高質(zhì)量的(Fe65Co35)x-(ZnO)1-x系列納米顆粒膜并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了研究，主要工作內(nèi)容包括：利用JGP560CⅣ型超高真空磁控濺射儀在水冷玻璃襯底上制備不同體積分?jǐn)?shù)(x)的(Fe65Co35)x-(ZnO)1-x納米顆粒膜，利用X射線衍射儀(XRD)和高分辨透射

3、電鏡(HRTEM)測(cè)量樣品的結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)的信息；利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)和傳統(tǒng)的直流四端法對(duì)樣品的磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量；利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測(cè)量樣品的高頻特性。由于樣品獲得了比較優(yōu)異的軟磁性能，從而證明了由磁性金屬顆粒和半導(dǎo)體介質(zhì)組成納米顆粒膜的可行性，得到的主要結(jié)論如下：
　　 1.由HRTEM圖像和XRD結(jié)果得薄膜由bcc相的FeCo顆粒和fcc相的ZnO組成，F(xiàn)eCo顆粒的尺寸隨FeCo體積分?jǐn)?shù)的減小而減小

4、，說(shuō)明ZnO有細(xì)化FeCo顆粒的作用。
　　 2.研究了Hce以及Hk隨x的變化。結(jié)果表明隨著x的減小，Hce先減小后增大，并且在x=0.67時(shí)達(dá)到最小值；而Hk的變化趨勢(shì)是先增大后減小，而且在x=0.82～0.63的較大范圍內(nèi)Hk均大于40Oe，樣品所表現(xiàn)的好的軟磁性來(lái)源于FeCo顆粒間的交換耦合，ZnO中載流子對(duì)實(shí)現(xiàn)交換耦合的可能的媒介作用。
　　 3.對(duì)于x=0.67的典型樣品，Hch和Hce分別為1.43和7.0

5、8Oe，4πMs是9.85kG，ρ高達(dá)2.06×103μΩ·cm，Hk為50.7Oe，fr達(dá)到2.31GHz，上述樣品均沒(méi)經(jīng)過(guò)任何退火處理，制備過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單，這都預(yù)示該樣品在高頻應(yīng)用方面潛在的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
　　 4.對(duì)于體積分?jǐn)?shù)x=0.67的樣品，通過(guò)對(duì)其磁譜進(jìn)行理論擬合可知，高頻下樣品磁化強(qiáng)度的行為是由自然共振決定的。
　　 5.研究了樣品的輸運(yùn)性質(zhì)，對(duì)于x=0.67的樣品其電阻溫度系數(shù)為負(fù)，經(jīng)過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)ρ∝1/√

6、T，說(shuō)明其導(dǎo)電機(jī)制為弱局域化的電子相互作用。
　　 6.研究不同濺射功率對(duì)樣品結(jié)構(gòu)、靜態(tài)磁性以及高頻磁性的影響，結(jié)果表明濺射功率對(duì)樣品結(jié)構(gòu)及矯頑力的影響不大，隨濺射功率的增加飽和磁化強(qiáng)度和共振頻率都是先增加而后略有下降，而各向異性場(chǎng)則單調(diào)增加。阻尼因子敏感地隨濺射功率變化而變化。濺射功率為100W的樣品由于具有較高的fr，較低的阻尼因子，加上高ρ，因而具有優(yōu)異的高頻軟磁性能。
　　 本文以FeCo-ZnO為例說(shuō)明了制備金