溅射法制备NiZn铁氧体薄膜及其磁化强度的布里渊函数温度特性研究

发布时间：2020-04-11 09:19

【摘要】：电感器作为电路结构中最重要的三大无源器件之一,广泛地应用在电源、滤波器、振荡器、低噪声放大器、阻抗匹配网络等组件中。NiZn铁氧体薄膜具有较高的饱和磁化强度、磁导率以及高的电阻率,非常适合高频磁性器件的研制。对此,本论文采用射频磁控溅射法制备NiZn铁氧体薄膜,系统研究其配方以及工艺参数对薄膜微结构和磁性能的影响,并基于Néel分子场理论研究了薄膜磁化强度的布里渊函数温度特性。首先,采用固相反应法制备了Ni_(0.91-x)Cu_(0.09)Zn_xFe_(1.998)O_4(x=0.62~0.70)靶材,研究了不同ZnO含量对NiZn铁氧体靶材相结构、微观形貌及磁性能的影响。结果表明:(1)ZnO起到了助熔剂的作用,NiZn铁氧体晶粒尺寸及密度均随着ZnO含量的增多而增大;(2)受到占位分布的影响,NiZn铁氧体材料的饱和磁感应强度略有降低;(3)非磁性Zn~(2+)离子的增加,可显著降低磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数,提高起始磁导率,降低矫顽力。其次,基于已经制备好的靶材,采用溅射法制备了不同组分的薄膜,并研究了薄膜磁化强度的布里渊函数温度特性。结果表明:(1)随着ZnO含量增加,样品的晶粒尺寸增加,饱和磁化强度和截止频率降低;(2)使用布里渊函数拟合样品的M~T曲线,随着Zn含量的增加,分子场系数ω_(ab=)ω_(ba)和ω_(bb)减小,ω_(aa)增加。在相同的取代量下,ω_(ab=)ω_(ba)的值与其他两个分子场系数相比总是最大,表明A-B晶格之间的超交换作用最大。然后,研究了溅射气压、溅射功率、基片温度以及退火温度对薄膜性能的影响。通过对薄膜进行XRD、SEM、VSM等测试得到以下结论:(1)在1.5Pa下沉积的薄膜晶粒尺寸最均匀,薄膜的M_s最高为175kA/m,H_c最小;(2)随着溅射功率的增加,NiZn铁氧体薄膜的晶粒尺寸增加,当溅射功率为140W时,饱和磁化强度M_s最大,矫顽力H_c逐渐增加;(3)基片温度的增加促进了薄膜晶粒生长,饱和磁化强度M_s升高,缺陷浓度降低,矫顽力下降。当基片温度继续升高,薄膜显微结构恶化,M_s降低;(4)退火过程促进了薄膜的结晶,晶粒尺寸增加,退火后薄膜的饱和磁化强度M_s显著提高,且随着退火温度的升高,薄膜的M_s逐渐增大。最后,为了解决铁氧体薄膜在后续器件应用中与半导体工艺兼容的问题,将磁控溅射法与旋转喷涂法相结合制备了NiZn铁氧体双层膜。结果表明:(1)种子层的引入在低温条件下促进了NiZn铁氧体双层膜尖晶石相的晶化和晶粒生长,提高薄膜致密度,饱和磁化强度M_s由74kA/m增加到420kA/m,磁导率μ'(300MHz)由90增加到202;(2)由于种子层表面粗糙,增加了薄膜的内应力,使得样品的矫顽力H_c增加,种子层的引入增加了薄膜的有效各向异性场,提升了截止频率f_r。
【图文】：

磁控溅射工作原理示意图

溅射法制备NiZn铁氧体薄膜及其磁化强度的布里渊函数温度特性研究

旋转喷涂装置
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

【参考文献】