軟磁薄膜材料高頻響應(yīng)的微磁學研究.pdf

1、本文首先追溯了磁記錄技術(shù)和微磁學的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，接著調(diào)研了軟磁薄膜磁頭材料的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，介紹了微磁學模擬出現(xiàn)的客觀需要及其重要地位。對微磁學的基本理論及基本模型給出了一個簡單介紹。結(jié)合本實驗室研究的基礎(chǔ)和已有成果對FeCo和FeAlN薄膜的磁導(dǎo)率的高頻響應(yīng)進行了微磁學模擬。 由于可用于超高密度磁記錄寫磁頭和TMR與GMR的主要組成部分的良好前景，高飽和磁感應(yīng)強度FeCo和FeAlN薄膜材料吸引了越來越多的注意。為了給

2、寫磁頭的設(shè)計及材料性能的選取提供一些理論參考，我們對不同材料和同種材料在不同條件下的高頻響應(yīng)分別進行了微磁學模擬。 我們在詳細分析軟磁薄膜各向異性場形成機理的基礎(chǔ)上，采用隨機各向異性模型，選取交換長度尺度上的團簇來代替納米晶粒作為微磁學研究的基本單元。模型中仔細考慮了薄膜內(nèi)的靜磁相互作用。 我們首先對FeCo和FeAlN薄膜靜態(tài)磁特性作了微磁學研究，在模擬數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果較好符合的基礎(chǔ)上，對FeCo和FeAlN薄膜在宏觀尺

3、度下的高頻響應(yīng)進行了比較研究，在高頻響應(yīng)的微磁學模擬工作中，我們選取了非常寬的頻率范圍，模擬結(jié)果證實了初始磁導(dǎo)率與各向異性場成反比的性質(zhì)。 由于應(yīng)用于微磁器件(如單極寫磁頭極尖，MRAM單元自由層)的薄膜材料尺寸非常小，所以我們對薄膜材料在介觀下的高頻響應(yīng)進行了微磁學模擬研究。對上述兩種薄膜材料的微磁學研究表明： 1.模擬得到的兩種薄膜的宏觀靜態(tài)磁特性與實驗結(jié)果符合的比較好。在此基礎(chǔ)上模擬了FeAlN，F(xiàn)e65Co35和

4、Fe75Co25薄膜的高頻響應(yīng)特性，并與理論上的公式計算結(jié)果和實驗結(jié)果進行了對比研究。 2.在研究介觀下的材料性質(zhì)時，選取了三種不同的單元形式來進行比較分析，對應(yīng)的長寬比(AspectRatio)分別為1，2，4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在比值為1時結(jié)果最好。 3.在研究介觀下的材料性質(zhì)時，選取了“渦漩”模式和“梯形”模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“梯形”磁疇的初始磁導(dǎo)率要高于“渦漩”磁疇。而且相比之下，“梯形”磁疇的高頻響應(yīng)曲線要平滑的多，這就表明“