脈沖激光沉積制備Fe-N薄膜.pdf

1、鐵氮化合物是一種重要的鐵基合金,具有優(yōu)異的耐腐蝕性,機械硬度和磁學(xué)性質(zhì),這使得其在鋼材的保護(hù)層、催化媒介、磁性液體、磁記錄介質(zhì)和磁性薄膜器件等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。其中α”-Fe16N2和γ’-Fe4N相,由于具有特殊的磁性能,得到了廣泛的研究.文獻(xiàn)報道在Fe-N薄膜和α”-Fe16N2相中發(fā)現(xiàn)龐飽和磁化強度,該值比目前所有已應(yīng)用的軟磁材料的飽和磁化強度都高。另外,在Fe-N相中,γ’-Fe4N相結(jié)構(gòu)簡單,理論和實驗上均發(fā)現(xiàn)γ’-Fe4N

2、相有非常高的電子自旋極化率,可用于磁性薄膜器件,如磁隧道結(jié)等。
　　 到目前為止,反應(yīng)濺射、離子束沉積、分子束外延、化學(xué)氣相沉積和離子注入等多種薄膜沉積方法用來制備特定結(jié)構(gòu)的Fe-N薄膜,但只有極少數(shù)的課題組報道用PLD方法來制備Fe-N薄膜。PLD可以方便的實現(xiàn)在非平衡條件下制備特殊結(jié)構(gòu)和性能的金屬合金薄膜。在本文中,用PLD方法,在不同氮氣氣氛壓力下沉積Fe-N薄膜。
　　 在不同實驗流程制備的Fe-N薄膜中,在8

3、mTorr氮氣氣氛壓力下均發(fā)現(xiàn)薄膜飽和磁化強度異常升高的現(xiàn)象。而且XRD晶格常數(shù)計算發(fā)現(xiàn)不同實驗流程,8mTorr氮氣氣氛壓力下制備的Fe-N薄膜的中主相α-Fe相具有相同的品格常數(shù)2.8705(A)。根據(jù)XRD和CEMS分析判定,該飽和磁化強度異常升高是由于γ’-Fe4N和Fe兩相混合的異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致。8 mTorr氮氣氣壓下制備的Fe-N薄膜的氮含量為9.1％,接近α”-Fe16N2相的11.1％。綜合考慮薄膜磁性能和氮含量,可以確定

4、PLD制備超高飽和磁化強度Fe-N薄膜的最佳氮氣氣氛壓力在8 m Torr附近。
　　 XRD相分析證明10 mTorr氮氣氣氛壓力為制備單相γ’-Fe4N薄膜的最佳氣氛壓力條件。本論文中也首次在150℃相對低生長溫條件下在Si(100)基片上成功制備(001)取向單相γ’-Fe4N薄膜,低溫制備(001)取向單相γ’-Fe4N薄膜對磁性薄膜器件的集成應(yīng)用有重大意義。(001)取向γ’Fe4N薄膜顯示出面內(nèi)磁各向同性和垂直磁各向