界面效应对Fe基软磁薄膜高频性能及垂直各向异性的调控

发布时间：2020-03-22 00:58

【摘要】：伴随着信息产业的高速发展,不仅要求应用于其中的电磁器件微型化、薄膜化,而且还要求其在高频段有良好响应。Fe基软磁材料由于拥有低矫顽力、高磁导率以及较低的损耗功率,易于磁化和退磁等性能广泛应用到传感器、转换器、存储器等设备中,对于Fe基软磁薄膜及超薄膜的研究也因此引起了人们的广泛关注。本文研究了Si衬底的粗糙度及缓冲层Al的粗糙度对CoFeB及FeNi铁磁薄膜的静态与动态磁性能的影响,通过振动样品磁强计(VSM)与铁磁共振(FMR)的测试来表征CoFeB及FeNi软磁薄膜的矫顽力、共振频率与阻尼等磁性能与粗糙度的变化关系。同时,在FeCo/Pt多周期薄膜体系中改变多层膜样品中铁磁层厚度及样品周期数,并采用退火热处理、变种子层等方式调控FeCo/Pt间的由于界面效应而产生的垂直各向异性,并通过磁光克尔显微镜来表征样品中畴壁的翻转与运动。样品体系可以作为磁性隧道结(MTJs)结构中的自由层,使其在磁随机存储器(MRAM)中具有更高效的信息存储能力。主要研究结果如下:(1)在CoFeB薄膜体系中,通过采用不同浓度的NaOH溶液腐蚀Si衬底表面而改变其粗糙度,通过VSM和FMR测试来表征样品的静态和动态磁性能。实验结果如下:随着NaOH浓度的逐渐增大,Si衬底表面粗糙度会呈现出先上升后下降的趋势,矫顽力H_c与有效阻尼α的变化规律均与衬底粗糙度变化呈单调关系。同样地,在FeNi体系中,通过溅射不同厚度的Al作为FeNi软磁薄膜的缓冲层,其粗糙度随厚度的变化而变化,随着中间层Al厚度的增加,其粗糙度呈现出先增大后趋于稳定的规律,H_c与α的变化规律均与衬底粗糙度变化同样呈现单调关系。结果证明了粗糙度的变化能够有效的调控薄膜的矫顽力及有效阻尼。(2)首先,在FeCo/Pt多周期超薄膜体系中,改变铁磁层厚度及样品周期数发现:当铁磁层FeCo太薄或太厚时,样品均呈现出面内各向异性;当FeCo层厚度为0.4-0.8 nm之间时才能表现出良好的垂直各向异性,并通过磁光克尔显微镜研究了其磁畴的成核、长大、扩张、翻转过程及畴壁的运动过程。其次,通过改变体系中的种子层类型与厚度发现:Au与Pt种子层(111)织构的引入有助于垂直各向异性的产生。最后通过真空磁场热处理的方式对样品进行了不同温度下的退火热处理后发现:经过适当温度的退火热处理后,其垂直各向异性增强,而退火温度达到400°C则会减弱样品垂直各向异性。
【图文】：

软磁薄膜,位论,高频性能,界面效应

非晶FeCoNbSiB材料的断裂强度与杨氏模量之间的关系

软磁材料,有效磁导率,磁感应强度B,块体

3性的软磁材料的磁感应强度 B 和有效磁导率极速发展的今天，电磁器件集成化微型化料的发展，，用块体软磁材料制备的传统的涡流损耗的问题，除了要求电磁元器件在同时，还需满足高饱和磁感应强度和低的生。对比块体软磁材料，薄膜化的软磁材损耗，同时拥有更高的截止频率，使其在。Snoek 研究了块体软磁材料中共振频率k 极限[16]
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TM27

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