铁硅合金薄膜的制备及高频磁性能研究

发布时间：2017-08-12 09:26

  本文关键词：铁硅合金薄膜的制备及高频磁性能研究

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【摘要】：FeSi化合物的电学磁学性质多变,在电子学、光电、热电和磁学等领域有着广泛的应用,已逐渐成为人们关注和研究的热点材料。同时随着电子信息设备向着智能化、数字化、小型化、高频甚至超高频化方向进化,材料的薄膜化已是发展趋势。而FeSi薄膜的磁性能优良,在高频信息领域被广泛应用,因此,研究FeSi薄膜的高频磁性能显得十分必要。本文用磁控溅射法制备FeSi薄膜,通过改变基底材料、溅射功率和退火温度,研究不同制备工艺条件对薄膜微结构、静磁性能、自旋整流电压的影响。首先在玻璃基底上生长FeSi薄膜,溅射压强分别为0.6Pa、0.8Pa、1.0Pa、1.2Pa和1.4Pa。结果表明所制备的薄膜为非晶态。随着溅射气压的升高,薄膜饱和磁化强度Ms先增大后减小,在1.0Pa时达到最大值15543.52Gs。在Si(100)基底上生长FeSi薄膜,溅射功率分别为20W、40W、60W、80W、100W。结果表明,在Si基底上沉积的FeSi薄膜出现不同程度的晶化,出现了Fe3Si(200)、Fe3Si(220)等衍射峰。在20W~100W溅射功率范围内,Ms先增大后减小,在60W时达到最大值10509.24Gs。4GHz频率下铁磁共振线宽?H随溅射功率的增加整体呈减小的趋势,从最大值351.21Oe减小到最小值69.18Oe。为研究退火温度对FeSi薄膜性能的影响,选择Si(100)基底、溅射功率为40W和100W的薄膜分别进行200℃、300℃、400℃、500℃、600℃温度的退火。40W低溅射功率条件下制备的FeSi薄膜,随退火温度增加,其晶化程度提高,当温度超过400℃后,退火温度对结晶影响很小。相较于未退火,饱和磁化强度Ms的值均增大,且随着退火温度的升高Ms先增大后减小,在400℃时达到最大值14417.18Gs。4GHz频率下铁磁共振线宽?H随退火温度的升高整体基本呈减小的趋势,从最大值461.79Oe减小到最小值177.18Oe。100W高溅射功率下生长的FeSi薄膜,退火温度对其结晶影响很小。退火温度在200℃~600℃范围内时,饱和磁化强度Ms的值逐渐减小,从200℃时的10361.46Gs减小到600℃时的8320.1Gs。4GHz频率下铁磁共振线宽?H随退火温度的升高明显呈减小的趋势,从最大值277.91Oe减小到最小值158.24Oe。用微带线夹具法测试自旋整流效应,由于磁场信号比较弱,导致测试的噪音较大。本文设计并制作了谐振腔用于测试铁磁薄膜的自旋整流效应,结果表明该方法来可以获得更大的信号和信噪比。
【关键词】：FeSi薄膜 高频磁性能 自旋整流 铁磁共振
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究的背景与意义10
• 1.2 FeSi合金的基本性能10-13
• 1.2.1 FeSi合金的晶体结构10-12
• 1.2.2 FeSi合金的磁性能12-13
• 1.3 FeSi合金的制备方法13-15
• 1.4 本论文的结构安排15-16
• 第二章 薄膜的制备、结构表征及高频磁性能基础理论16-36
• 2.1 薄膜的制备16
• 2.2 薄膜的结构表征16-20
• 2.2.1 表面形貌测量仪(台阶仪)16-18
• 2.2.2 X射线衍射18-19
• 2.2.3 扫描电子显微镜19-20
• 2.3 薄膜的高频磁性能20-35
• 2.3.1 磁性薄膜的高频磁性能20-25
• 2.3.2 谐振腔基本理论25-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 FeSi薄膜的制备及高频磁性能研究36-62
• 3.1 FeSi薄膜制备工艺和分析方法36
• 3.2 FeSi薄膜自旋整流效应测试方法36-37
• 3.3 玻璃基底上生长FeSi薄膜37-45
• 3.4 Si基底上生长FeSi薄膜45-60
• 3.4.1 溅射功率对FeSi薄膜的影响45-52
• 3.4.2 退火温度对FeSi薄膜的影响52-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 谐振腔测试结构的设计和仿真62-70
• 4.1 谐振腔模型的设计与仿真62-66
• 4.2 谐振腔实物测试66-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 结论70-71
• 5.1 全文总结70
• 5.2 后续工作展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士学位期间取得的成果74-75

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本文编号：660886