濺射法制備的Co薄膜的微結構、磁性及微波磁性研究.pdf

1、鐵磁性薄膜由于在獲得高磁導率和制備方面優(yōu)于傳統(tǒng)的微波鐵氧體薄膜而在集成化微磁器件、抗電磁干擾及新型雷達波吸收材料研究中受到了廣泛和高度的重視，因而成為微波磁性材料研究的熱點。 鐵磁性金屬Co具有高的飽和磁化強度、強的磁晶各向異性能、高的居里溫度以及極小的磁滯伸縮系數(shù)，所以鐵磁性Co薄膜可在GHz微波頻段獲得高的磁導率而有望成為微波磁性材料。但目前對Co膜的研究僅限于物理基礎和磁性研究，尚未有關于Co膜的磁性及微波磁性的綜合研究。

2、據(jù)此，本論文的目的就是以Co薄膜為研究對象，研究其結構、磁性及微波磁性，為Co薄膜作為微波磁性材料提供實驗與理論依據(jù)。 本文中，采用我們提出的弱磁控射頻濺射法在磁場誘導下制備出了不同結構的面內(nèi)單軸磁各向異性Co系列薄膜。利用XRD和TEM獲得薄膜的基本結構特征：利用VSM測量了薄膜的靜態(tài)磁性；采用微帶傳輸線微擾法，利用網(wǎng)絡分析儀測量了0.1-5GHz頻率范圍內(nèi)薄膜的微波磁性。主要結論如下： 1.在射頻功率為60W、濺射壓

3、強PAr在1.0Pa-2.0Pa的條件下，制備出了面內(nèi)單軸磁各向異性非晶Co薄膜。 (1)XRD結果：所有Co薄膜XRD譜線為典型的非晶結構的漫散射非晶包；隨著PAr從1.0Pa升至2.0Pa，非晶包向著2θ的低角度方向移動，并且非晶包的寬度增加。這說明隨著PAr的升高，非晶Co膜中Co原子間的距離增大，非晶Co膜無序度增加，非晶Co膜中的自由體積增大。 (2)VSM測量結果：由于不存在磁晶各向異性，所有Co薄膜表現(xiàn)出軟

4、磁性；所有Co膜具有強的面內(nèi)單軸磁各向異性，并且單軸磁各向異性場Hk和單軸磁各向異性能Ku隨PAr的升高而增強。 (3)微波磁性測量結果：Co膜的磁譜為共振型；磁導率實部μ'最高達400，虛部μ"最高達700；自然共振頻率fr達3GHz以上，自然共振峰半高寬FWHM最大達1.3GHz。這說明面內(nèi)單軸磁各向異性非晶Co膜可作為GHz微波磁性材料應用于高頻傳感器件或微波吸收。 2.在射頻功率為80W，PAr在1.0Pa-0.

5、1Pa的條件下，制備出了不同結構的Co薄膜。 (1)XRD和TEM結果：隨著PAr的降低，Co膜中非晶相逐漸減少，結晶相逐漸增多。在壓強為0.1Pa時，Co膜晶化為納米晶薄膜，Co膜中的晶粒由hcp-Co和fcc-Co兩相組成，晶粒尺寸為5-7nm。 (2)VSM測量結果：所有Co膜具有強的面內(nèi)單軸磁各向異性；Co膜的易軸矯頑力Hce隨PAr的減小而降低。由于晶粒間的鐵磁交換耦合作用，0.3Pa和0.1Pa下制備出的Co

6、薄膜顯示軟磁性。 (3)微波磁性測量結果：納米晶軟磁性Co膜的磁譜為共振型磁譜；μ'最大值約為150，μ"最大值超過300；fr為3.3GHz，F(xiàn)WHM約為1.3GHz。這表明納米晶Co膜可作為GHz頻段微波吸收材料。 3.在射頻功率為80W，PAr在0.1Pa的條件下，制備出了厚度為50nm，75nm，100nm的面內(nèi)單軸磁各向異性納米晶Co薄膜。 (1)XRD和TEM結果：XRD顯示Co膜為納米晶薄膜，BF像

7、顯示晶粒尺寸為7nm；電子衍射花樣顯示Co膜由hcp相和fcc相兩相組成，納米晶Co薄膜的結構隨Co膜厚度的變化而變化。 (2)VSM測量結果：所有Co膜具有強面內(nèi)單軸磁各項異性，風隨薄膜厚度的升高而略有降低；Co薄膜的矯頑力Hc隨著Co膜的厚度增加而降低。 (3)微波磁性測量結果：Co膜的自然共振線寬FWHM隨膜厚增加而減小，F(xiàn)WHM從50nm.的1.5GHz降至100nm的1.0GHz。這說明Co膜的FWHM寬度FW