Co掺杂对FeN薄膜结构和性能的影响

发布时间：2017-10-13 19:38

  本文关键词：Co掺杂对FeN薄膜结构和性能的影响

  更多相关文章： 薄膜 饱和磁化强度 磁各向异性 形貌 电阻率

【摘要】：FeN化合物在基础研究和实际应用方面都是一种重要的材料,尤其是α''-Fe_(16)N_2相具有大饱和磁化强度和大磁晶各向异性,为实现大的磁能积提供了条件,在高密度磁记录方面具有重要的应用,有望替代部分稀土永磁材料、磁头以及自旋电子器件等。我们采用直流磁控溅射法在玻璃基片上成功制备出Fe、FeN和一系列FeCoN薄膜,之后对样品进行退火热处理。用X射线衍射仪和透射电镜对样品的结构进行分析,用扫描电子显微镜和原子力显微镜对样品的形貌进行研究。薄膜的磁畴结构是通过磁力显微镜测得,磁滞回线和△M曲线是使用振动样品磁强计获得。实验中我们对比分析了Fe、FeN和FeCoN薄膜的形貌、结构、磁性以及电阻率,并研究了不同Co含量情况下FeCoN薄膜的性能,得到最佳Co含量的FeCoN薄膜,并对其热稳定性进行研究。此外,用△M曲线评价了Fe、FeN和FeCoN薄膜晶粒间的磁相互作用类型。主要实验结果如下:(1)在Fe膜中引入适量的N,有α''相出现,再掺入一定量的Co后,α''相含量提高。通过对比发现,FeN薄膜掺Co后具有更大的饱和磁化强度和电阻率,分别为2088emu/cm3和455.5μΩ·cm。此外,样品还具有大的垂直磁各向异性,这也是样品产生条纹状磁畴结构的原因;(2)通过对比一系列不同Co含量FeCoN薄膜的结构和性能,发现Co含量为13.2%的样品中α''相的含量最大,而且其饱和磁化强度达到最大,此时样品的电阻率也较大。表明Co含量为13.2%时,FeCoN薄膜中更有利于生成α''相以及优化各种性能,为最佳Co含量;(3)Co含量为13.2%的FeCoN薄膜在不同温度下退火相同时间,200℃时α''相含量最高,450℃时α''相仍稳定存在。室温时在同样条件下将FeN和FeCoN薄膜在空气中暴露一段时间,发现FeCoN薄膜中α''相更稳定。这表明掺Co后α''相的热稳定性得到提高。之后,通过△M曲线分析表明Fe、FeN和FeCoN薄膜均是以晶粒间交换耦合作用为主,这与薄膜的磁畴大于晶粒尺寸相印证。综上所述,适量的Co掺杂不仅可以提高FeN薄膜中α''相的含量,还可以提高薄膜的磁性、电阻率以及热稳定性,这些优异的性能表明α''-(Fe,Co)_(16)N_2薄膜有望替代部分稀土永磁材料,成为有使用价值的新型永磁材料。
【关键词】：薄膜 饱和磁化强度 磁各向异性 形貌 电阻率
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.811;TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 综述10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 FeN二元系统的相结构10-13
• 1.3 α''-Fe_(16)N_2相的研究现状13-15
• 1.4 Fe-M-N三元系统的研究现状15-16
• 1.4.1 不同掺杂元素M的研究概况15-16
• 1.4.2 Fe-Co-N三元系统的研究现状16
• 1.5 本论文的选题意义16-17
• 1.6 本论文的主要工作17-18
• 2 薄膜的制备以及各种表征方法18-26
• 2.1 磁控溅射系统18-19
• 2.2 溅射原理19-20
• 2.3 真空退火炉20-21
• 2.4 薄膜的制备21
• 2.5 薄膜的表征方法21-26
• 3 N和Co掺杂对Fe膜表面形貌及磁性的影响26-34
• 3.1 N和Co掺杂对Fe膜形貌的影响26-27
• 3.2 N和Co掺杂对Fe膜磁性的影响27-32
• 3.2.1 X射线衍射分析27-28
• 3.2.2 透射电子显微镜分析28-29
• 3.2.3 原子力显微镜和磁力显微镜分析29-31
• 3.2.4 磁性分析31-32
• 3.3 电阻率特性32
• 3.4 本章小结32-34
• 4 Co含量变化对FeCoN薄膜结构和性能的影响34-44
• 4.1 Co含量变化对FeCoN薄膜结构的影响34-36
• 4.2 Co含量变化对FeCoN薄膜磁性的影响36-39
• 4.3 FeCoN薄膜垂直磁各向异性的研究39-40
• 4.4 Co含量变化对FeCoN薄膜的形貌影响40-42
• 4.5 不同Co含量FeCoN薄膜的电阻率特性42
• 4.6 本章小结42-44
• 5 FeCoN薄膜的热稳定性以及晶粒间相互作用的研究44-54
• 5.1 改变退火温度研究FeCoN薄膜的稳定性44-47
• 5.1.1 结构分析44-46
• 5.1.2 磁性分析46-47
• 5.2 室温下空气中FeCoN薄膜的稳定性研究47-49
• 5.2.1 结构分析47-48
• 5.2.2 磁性分析48-49
• 5.3 晶粒间的相互作用49-52
• 5.4 本章小结52-54
• 6 结论与展望54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-64
• 附录 攻读硕士期间发表的论文以及参加的学术会议64

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本文编号：1026741