PLD法Si基上BaM成膜技术研究

发布时间：2020-09-10 18:22

　　 随着现代通信技术的发展,微波铁氧体器件作为通信系统的核心器件,扮演着越来越重要角色。磁铅石铁氧体材料,因其具有高磁晶各向异性常数,高饱和磁化强度,高矫顽力等特点,越来越受到人们的重视。M型钡铁氧体Ba Fe12O19(Ba M)作为磁铅石铁氧体的一种,又具有较高的性价比而广泛用于微波器件中。目前,小型化、片式化、集成化是磁性器件发展的方向,材料以薄膜的形态应用于各类器件是必然趋势。因此,如何制备出高质量的、满足微波器件要求的Ba M薄膜值得深入研究。Si作为核心半导体材料,占半导体元器件及电路比重很大,研究在Si基片上镀膜实现电路集成具有重要意义。本论文致力于采用脉冲激光沉积(pulsed laser deposition,简称PLD)在Si基片上制备出高质量的Ba M薄膜。然而,PLD制备的Ba M薄膜需要在高温下晶化处理,此时,Si容易扩散到Ba M薄膜内,影响Ba M薄膜的性能。因而,探究了PLD制备工艺(氧压,退火)及缓冲层对Ba M薄膜性能的影响。首先,利用两步烧结法制备Ba M块材。探究了第一步烧结温度T1,第二步烧结温度T2以及保温时间t对Ba M块材微观结构和性能的影响。研究发现,两步烧结法可以有效抑制晶界迁移的同时保持晶界扩散活跃。在T1=1325oC,T2=1300oC,保温时间20h条件下,制备的Ba M块材的内部晶粒尺寸小且均匀,致密性最好,其晶粒尺寸为2.92μm,饱和磁化强度高达69.26emu/g。其次,以Ba M块材为靶材,利用脉冲激光沉积设备在Si(100)基片上制备Ba M薄膜。首先,探究了薄膜的均匀性。研究发现,薄膜在以中心为圆心,半径3.2±0.4mm的圆形区域内相对均匀,薄膜的厚度误差在±30nm。其次,探究了氧压参数及退火温度对Ba M薄膜微观形貌和性能的影响。在氧气压强为1Pa,900℃保温3h条件下制备的Ba M薄膜具有较好的微观形貌和磁性能,其饱和磁化强度达到295emu/cm3。最后,通过增加缓冲层的方式,对薄膜的性能进行调控,制备高质量的Ba M薄膜。探究了YSZ和Au缓冲层对Ba M薄膜微观形貌和性能的影响。采用YSZ缓冲层,可有效阻止Si基片和Ba M薄膜之间的扩散,制备的Ba M薄膜矫顽力较小,高频下微波损耗小;采用Au缓冲层,在低温沉积后退火制备的Ba M薄膜具有较好的C轴取向性,其最大饱和磁化强度到达326emu/cm3。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN61

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本文编号：2816152