高频软磁薄膜及其频率调控研究

发布时间：2020-11-03 13:22

　　 信息化时代的电子元器件逐渐向着薄膜化和集成化的方向发展。微波软磁薄膜能有效减小滤波器、薄膜电感器、天线等电磁元器件的尺寸,因此在微型化或集成电路器件中得到了广泛的应用。实际使用的软磁薄膜要求在自偏置(无外加磁场)条件下具有高磁导率、高铁磁共振频率以及与集成电路兼容的制造工艺。因为电磁设备的工作频段受磁性材料的铁磁共振频率的限制,所以想要提高电磁设备工作频率,探究如何提高微波软磁薄膜的铁磁共振频率成为现代磁性材料研究的重中之重。本论文首先利用磁控溅射仪成分梯度溅射(CGS)方法,在(011)铌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)基片上制备了高电阻率的Fe_(0.5)Co_(0.5)-ZnO薄膜。发现掺杂氧化锌的Fe_(0.5)Co_(0.5)薄膜的电阻率是纯Fe_(0.5)Co_(0.5)薄膜的10-30倍。在8 kV/cm的电场下,无外加磁场,实现了10.48 GHz的超高频率。沉积态薄膜具有优异的微波铁磁性能,其原因有两个:(1)掺杂氧化锌引起成分梯度的单轴各向异性场;(2)Fe_(0.5)Co_(0.5)-ZnO薄膜在高电阻率条件下铁磁/铁电界面之间的强磁电耦合。其次,采用梯度溅射法在(011)铌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)基片上制备了MgO过量掺杂的Fe_(0.5)Co_(0.5)-MgO成分梯度薄膜。MgO的过量掺杂导致电阻率比纯FeCo薄膜大20倍以上。结果表明,7 kV/cm的电场下,沉积态薄膜的自偏置(无外加磁场)铁磁共振频率可达到9.87 GHz,电场调谐频率范围为0-4.55 GHz。Fe_(0.5)Co_(0.5)-MgO/PZN-PT异质结构中的高电阻率和高的铁磁共振频率为在自偏置可调谐单片微波集成电路(MMIC)器件中的应用提供了很大的机会。最后,利用固相烧结法制备了正分成分的Y_3Fe_5O_(12)靶材,利用脉冲激光沉积的方法在不同取向的钆镓石榴石(GGG)基片上沉积了200 nm厚的Y_3Fe_5O_(12)薄膜样品,探究合适的生长气压以及不同取向的薄膜样品的磁学性能,并且制备了YIG/Ta/YIG三明治薄膜。研究表明:插入中间隔离Ta层可以提高薄膜的铁磁共振频率,并发现铁磁共振频率的增量与样品的面内测试角度成周期性变化,易磁化轴方向频率提高明显大于难磁化轴方向频率的提高量,说明存在磁晶各向异性决定的磁各向异性。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2;O441.2
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 软磁材料简介
    1.3 高频软磁薄膜的应用及研究进展
    1.4 课题的研究意义
第二章 基本磁学理论与性能表征方法
    2.1 磁学理论与高频软磁薄膜测量原理
        2.1.1 基本磁学理论
        2.1.2 复数磁导率理论
        2.1.3 磁化强度的一致进动与铁磁共振
    2.2 高频铁磁薄膜制备方法
        2.2.1 磁控溅射法（PVD）
        2.2.2 脉冲激光沉积法（PLD）
    2.3 软磁薄膜磁性能表征
        2.3.1 矢量网络分析仪（VNA）
        2.3.2 X射线衍射仪（XRD）
        2.3.3 振动样品磁强计（VSM）
第三章 过量掺杂ZnO高电阻率纳米颗粒膜的频率可谐调性
    3.1 引言
0.5Co_0.5-ZnO薄膜及其性能分析'>    3.2 制备Fe_0.5Co_0.5-ZnO薄膜及其性能分析
0.5Co_0.5-ZnO软磁薄膜的过程'>        3.2.1 制备Fe_0.5Co_0.5-ZnO软磁薄膜的过程
        3.2.2 实验结果与分析
    3.3 本章小结
0.5Co_0.5-MgO颗粒膜电场可调谐高频性能'>第四章 高电阻率Fe_0.5Co_0.5-MgO颗粒膜电场可调谐高频性能
    4.1 引言
0.5Co_0.5-MgO的制备及分析'>    4.2 薄膜Fe_0.5Co_0.5-MgO的制备及分析
0.5Co_0.5-MgO的制备'>        4.2.1 薄膜Fe_0.5Co_0.5-MgO的制备
        4.2.2 实验结果与讨论
    4.3 本章小结
第五章 各向异性钇铁石榴石薄膜的制备和性能研究
    5.1 引言
3Fe₅O₁₂ 膜及其性能研究'>    5.2 制备单层Y₃Fe₅O₁₂ 膜及其性能研究
3Fe₅O₁₂ 膜的过程'>        5.2.1 制备单层Y₃Fe₅O₁₂ 膜的过程
        5.2.2 实验结果与讨论
        5.2.3 不同取向YIG/GGG单层膜小结
3Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂ 的制备及性能分析'>    5.3 三层膜Y₃Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂ 的制备及性能分析
3Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂的制备过程'>        5.3.1 三层膜Y₃Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂的制备过程
3Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂ 的实验结果及性能分析'>        5.3.2 三层膜Y₃Fe₅O₁₂/Ta/Y₃Fe₅O₁₂ 的实验结果及性能分析
    5.4 单层膜YIG/GGG与三层膜YIG/Ta/YIG的比较
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间的科研成果
致谢

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本文编号：2868630