图形化FeCoBSi薄膜的制备及其高频磁性能研究

发布时间：2020-10-21 01:05

　　 随着信息技术的进步,微波材料已经广泛应用在社会的各个领域,磁性材料形成了“高频”、“宽带”的必然发展趋势。在这方面,铁磁金属薄膜由于具有厚度薄、磁导率高的特性受到越来越多的关注。但磁性金属仍存在两大缺陷。一方面,表面电导率太高,容易导致微波阻抗失配,从而影响微波性能;另一方面,铁磁薄膜的磁性能可控性较差,难以通过镀膜工艺调整磁参数。在新兴技术中,通过图形化设计可切段表面电流,降低表面电导率,而通过不同图案和层间耦合有望实现磁性能可调,是解决铁磁薄膜材料“高频”、“宽带”、“高电阻率”问题的关键技术。本项目基于此,以FeCoBSi铁磁薄膜为研究对象,展开了对铁磁薄膜的图案优化设计、实验制备、磁性能研究等方面的研究,旨在通过图形化实现对其共振频率和高频磁导率的有效调控。本文首先利用磁控溅射技术制备了一系列不同厚度的连续FeCoBSi薄膜,并对其静态及动态微波磁性能进行了研究。研究结果表明,在沉积FeCoBSi薄膜过程中外加诱导磁场不但可以诱导面内单轴各向异性,还会将其面内各向异性场束缚在一个很小的变化范围内,从而导致其共振频率随厚度变化的幅度有限。为了实现大幅调节薄膜共振频率的目的,随后利用开源微磁学仿真软件OOMMF开展了对微米级图形化铁磁薄膜的仿真设计。在对条纹图案的仿真研究中发现,具有形状各向异性的条纹单元会显著增大薄膜的面内各向异性场,通过改变条纹的宽度、磁性相比例以及薄膜厚度均可以实现对其微波磁导率及共振频率的大幅度调控。但是,由于条纹图形化后的铁磁薄膜磁性相的减少,饱和磁化强度和磁导率都会相应降低,随后对FeCoBSi条纹图形化的实验结果也验证了仿真的正确性。为了实现“宽带”的目的,以组合条纹图案进行了仿真设计研究。仿真结果显示,通过对不同宽度条纹的合理组合可以实现磁谱的多峰共振,各峰由不同宽度条纹分别激发。此外,通过调节组合条纹图形化单元中不同宽度条纹的数目比,还可以实现对各峰峰值的有效调控,数目比越高,共振峰越强。对FeCoBSi组合条纹的实验制备研究也观察到了由共振峰叠加导致的共振频带展宽现象。总之,通过图形化设计可以实现对铁磁薄膜共振频率的大幅调节和展宽共振频带。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TB383.2
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 磁性薄膜材料的应用背景
    1.2 金属铁磁薄膜研究现状
        1.2.1 磁性颗粒膜
        1.2.2 磁性多层膜
        1.2.3 磁性图形化膜
    1.3 本论文研究意义和主要内容
第二章 磁性薄膜材料基础及制备表征方法
    2.1 技术磁化
        2.1.1 畴壁位移磁化机制
        2.1.2 畴转磁化机制
    2.2 动态磁化
        2.2.1 复数磁导率
        2.2.2 动态磁化畴壁位移共振
        2.2.3 动态磁化磁畴自然共振
    2.3 微磁学简介
        2.3.1 微磁学中的能量形式
        2.3.2 OOMMF仿真软件简介
    2.4 铁磁薄膜制备方法
    2.5 薄膜图形化工艺
        2.5.1 光刻工艺
        2.5.2 刻蚀工艺
        2.5.3 剥离工艺
    2.6 铁磁薄膜表征手段
        2.6.1 台阶仪与扫描电子显微镜
        2.6.2 X射线衍射仪
        2.6.3 铁磁薄膜静磁参数表征
        2.6.4 铁磁薄膜微波磁导率测试系统
    2.7 本章小结
第三章 连续FeCoBSi薄膜制备及其电磁性能研究
    3.1 连续FeCoBSi薄膜制备研究
        3.1.1 FeCoBSi薄膜制备工艺
        3.1.2 FeCoBSi薄膜厚度及成分分析
        3.1.3 FeCoBSi薄膜晶体结构与电性能分析
    3.2 膜厚对FeCoBSi薄膜静磁参数的影响
    3.3 膜厚对FeCoBSi薄膜微波磁导率的影响
    3.4 外加诱导磁场对FeCoBSi薄膜磁性能的影响
    3.5 本章小结
第四章 图形化铁磁薄膜的微磁学仿真
    4.1 OOMMF实现磁谱仿真的方法
    4.2 条纹图形化铁磁薄膜的磁谱仿真
        4.2.1 条纹宽度的影响
        4.2.2 条纹间距的影响
        4.2.3 条纹厚度的影响
        4.2.4 条纹参数对突破斯洛克极限能力的影响
    4.3 组合条纹图形化薄膜仿真设计
        4.3.1 数目比为1的组合条纹设计
        4.3.2 组合条纹多峰共振的优化
    4.4 方孔阵列图形化的仿真设计
        4.4.1 方孔尺寸大小对磁谱的影响
        4.4.2 厚度对方孔阵列磁谱的影响
    4.5 本章小结
第五章 图形化FeCoBSi薄膜的实验制备及磁性能研究
    5.1 FeCoBSi图形化薄膜制备工艺
    5.2 单一条纹图形化FeCoBSi薄膜的磁性能研究
        5.2.1 条纹图形化薄膜形貌分析
        5.2.2 条纹图形化FeCo BSi薄膜静磁性能研究
        5.2.3 条纹图形化FeCo BSi薄膜微波性能研究
    5.3 组合条纹图形化FeCoBSi薄膜的磁性能研究
        5.3.1 双组合条纹的实验制备及性能研究
        5.3.2 多组合条纹的频带展宽效应
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间取得的与学位论文相关的研究成果

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 马强;江建军;别少伟;杜刚;冯则坤;何华辉;;CoFeB/MgO不连续多层纳米软磁薄膜微波电磁特性[J];物理学报;2008年10期

2 唐兆磷,黄荣芳,闻立时;超薄金属膜电阻率尺寸效应[J];材料研究学报;1997年04期

3 郭铁茂;;非旋转椭圆球形磁体退磁因子新求法[J];磁性材料及器件;1992年01期

本文编号：2849407