磁场电沉积铁镍基薄膜的组织与磁性能研究
发布时间：2021-02-20 21:29
小型化、薄膜化是当今电子器件的发展趋势,芯片电感集成技术成为国内外研究的重要热点之一。因此,磁芯电感的结构、材料、制作工艺一直得到了广泛的重视,开发新的磁芯薄膜材料是实现芯片上电感元件的关键。铁镍合金,不仅具有良好的互连界面反应特性,而且电镀工艺成熟,具有较高的饱和磁感应强度、电阻率、磁导率和较低的矫顽力等优异的磁性能,是三维集成下备受关注的功能薄膜。随着电子器件使用频率的与日俱增,为了进一步降低器件损耗,急需开发出综合性能优异的薄膜磁芯材料,通过磁场电沉积的方式来诱导磁晶各向异性（Hk）,提高铁镍合金磁性能、探究磁场对材料磁性能的影响及作用机理是本文的研究重点。本文首先利用磁场电沉积技术在晶圆上成功制备出面心立方结构（fcc）,具有面内各向异性的二元低铁Fe-Ni薄膜。试验发现各向异性场Hk为厚度敏感量,当Ni70Fe30镀层厚度在0.3μm～1.2μm范围内,镀层表现出明显的各向异性,Hk可以达到620e;当厚度超过2μm时,薄膜则不再具有各向异性。同时测得磁场电沉积下镀层的沉积速率可达0.36μm/min,饱和磁感应强度Bs为1.5T,矫顽力为1.40e。随后,为了能够进一步提高...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４软磁材料典型磁滞回线示意图ｆ２８］??ＦｉＬ４?Ｈｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｌｏｏｏｆ?ｓｏｆｔ?ｍａｎｅｔｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??
?第一章绪论???件的功能效率。其次软磁材料具有高的饱和磁化强度和较低的剩余磁化强度，能够迅速??完成Ｎ－Ｓ极性反转，利于元器件小型化的发展。如图１．４为软磁材料的磁滞回线图［２８］，??可以看到软磁材料具有较窄的磁滞回线，保证在交变磁场动态磁化过程中仍具有较低的??磁滞损耗和磁化功率。??Ｍ??ｒｊ???＾Ｈｃ????－＂ｃ?Ｈ???Ｊ?＼Ｊ??图１．４软磁材料典型磁滞回线示意图ｆ２８］??Ｆｉｇ?Ｌ４?Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｌｏｏｐ?ｏｆ?ｓｏｆｔ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??根据组成成分及结构，软磁材料可以分为：金属软磁材料、铁氧体软磁材料以及纳??米晶软磁材料。结合图１．５中Ｈｅｒｚｅｒ的随机各向异性模型［２Ｗ１】理论中矫顽力Ｈｅ与晶粒??尺寸Ｄ之间的关系以及电感元器件中磁芯薄膜的制备工艺及其磁芯材料的性能要求，??二元Ｆｅ－Ｎｉ合金和多元非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ基软磁材料凸显出巨大的应用价值。??１〇０ｙ—Ｊ?一??，：入?Ａ?ＦｅＮｂＳｉＢ??ｉ〇?▲、？、?？?ＦｅＣｕＮｂＳｉＢ??ｈｃ?ｔＪ?〇６?ｙ?＼。１／Ｄ?？ｐｅｃｕｖｓｉＢ??（Ｖｃｍ）?？?〇＼?■?ＦｅＺｒＢ??ＷＬ??〇ｉ．?．？?０＼?▼?ＦｃＣｏＺｒ??Ｖ?ｄ．?〇??－?％＊ｒ？ａｆＫ？ｒｙ＊ｔ?ａ?Ａ?７８ＮｉＦｅ??０?０＇＇?ａｍｏｒｐｈｏｗｆ?、?□?５０ＮｉＦｅ??一．１?Ｏ?ＦｅＳｉ６．５??ｌｎｍ?１?ｐｕｒ）?１?ｍｔｎ??Ｇｒｏｉｎ?Ｓｉｚｅ?Ｄ??图１．５Ｈｅｒｚｅｒ随机各向异性模型丨２４＞１??Ｆｉｇ?１．５?Ｈｅｒｚｅｒ’ｓ?ｒａ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Shielded metal arc welding of cemented carbide to carbon steel[J]. 陈春焕,时彦龙,赵秀娟,任瑞铭. China Welding. 2017(01)
[2]Effect of Magnetic Field on Synthesis of Nano-FeOOH by Low-Temperature Neutralization Method[J]. ZHONG Yun-bo,SUN Zong-qian,TANG Nie-wei,XU Bin,FU Xiao-ming,WANG Jiang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2012(S2)
[3]Fe-Ni新型UBM薄膜的晶圆电镀工艺研究[J]. 张昊,吴迪,张黎,段珍珍,赖志明,刘志权. 金属学报. 2012(10)
[4]化学镀Fe-Ni-P合金沉积速度的影响因素[J]. 许少楠,宣天鹏. 电镀与精饰. 2010(07)
[5]Gd、Y含量对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能的影响[J]. 王发立,张茂才. 磁性材料及器件. 2009(04)
[6]FeNi系坡莫合金的研究开发新进展[J]. 牛永吉,桑灿,李振瑞,陈国钧,降向东,吕键. 金属功能材料. 2007(05)
[7]稳恒磁场下Ni-W合金镀膜的制备与耐蚀性[J]. 杨中东,高鹏,薛向欣,樊占国,刘素兰,国栋. 中国有色金属学报. 2006(10)
[8]强磁场对电沉积镍铁合金膜显微组织的影响[J]. 温艳玲,钟云波,任忠鸣,黄琦晟,邓康,徐匡迪. 中国有色金属学报. 2006(04)
[9]水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响[J]. 李冠成,康永林,李明,卢佃清,邵礼堂. 现代物理知识. 2001(02)
[10]电磁场对水煤浆性能的影响[J]. 汤永新,李寒旭,葛琦. 煤炭科学技术. 2000(12)
硕士论文
[1]稀土铈介入化学沉积钴—镍—磷合金薄膜的研究[D]. 贾韦.合肥工业大学 2007
本文编号：3043373
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４软磁材料典型磁滞回线示意图ｆ２８］??ＦｉＬ４?Ｈｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｌｏｏｏｆ?ｓｏｆｔ?ｍａｎｅｔｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??
?第一章绪论???件的功能效率。其次软磁材料具有高的饱和磁化强度和较低的剩余磁化强度，能够迅速??完成Ｎ－Ｓ极性反转，利于元器件小型化的发展。如图１．４为软磁材料的磁滞回线图［２８］，??可以看到软磁材料具有较窄的磁滞回线，保证在交变磁场动态磁化过程中仍具有较低的??磁滞损耗和磁化功率。??Ｍ??ｒｊ???＾Ｈｃ????－＂ｃ?Ｈ???Ｊ?＼Ｊ??图１．４软磁材料典型磁滞回线示意图ｆ２８］??Ｆｉｇ?Ｌ４?Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｌｏｏｐ?ｏｆ?ｓｏｆｔ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??根据组成成分及结构，软磁材料可以分为：金属软磁材料、铁氧体软磁材料以及纳??米晶软磁材料。结合图１．５中Ｈｅｒｚｅｒ的随机各向异性模型［２Ｗ１】理论中矫顽力Ｈｅ与晶粒??尺寸Ｄ之间的关系以及电感元器件中磁芯薄膜的制备工艺及其磁芯材料的性能要求，??二元Ｆｅ－Ｎｉ合金和多元非晶Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ基软磁材料凸显出巨大的应用价值。??１〇０ｙ—Ｊ?一??，：入?Ａ?ＦｅＮｂＳｉＢ??ｉ〇?▲、？、?？?ＦｅＣｕＮｂＳｉＢ??ｈｃ?ｔＪ?〇６?ｙ?＼。１／Ｄ?？ｐｅｃｕｖｓｉＢ??（Ｖｃｍ）?？?〇＼?■?ＦｅＺｒＢ??ＷＬ??〇ｉ．?．？?０＼?▼?ＦｃＣｏＺｒ??Ｖ?ｄ．?〇??－?％＊ｒ？ａｆＫ？ｒｙ＊ｔ?ａ?Ａ?７８ＮｉＦｅ??０?０＇＇?ａｍｏｒｐｈｏｗｆ?、?□?５０ＮｉＦｅ??一．１?Ｏ?ＦｅＳｉ６．５??ｌｎｍ?１?ｐｕｒ）?１?ｍｔｎ??Ｇｒｏｉｎ?Ｓｉｚｅ?Ｄ??图１．５Ｈｅｒｚｅｒ随机各向异性模型丨２４＞１??Ｆｉｇ?１．５?Ｈｅｒｚｅｒ’ｓ?ｒａ
ｈｔ?Ｐｒｒｃｃｉｉｌ?Ｋｉｃｋｃ）??Ｖ?ｙ?松?ａｏ?＜?Ｕ?ｙ?ＴＯ?ＢＪ?９０?ＪＯ＂??Ｘ?■?????Ｍ４Ｑ－Ｃ???ｉＵ６６＊Ｃ??避￣?＊＊??ｗ＜？?－??Ｉ?＾?（ＴＴ？．Ｈｔ）??ｎ??＾?Ｔ＾ｉｒｃ?？?ＪｙＶ＾ｅ（？ｒ＊）??价?，，＊＊，?ｗｗ、＇、：??二Ｎ＾ｓ＾Ｎ＾ｒ??２０，１?ｓ?ｉｃ?ｓｏ?ａ＞?４０?Ｋ－?ｏｏ?Ｔ－＞?ＢＣ?ｃ〇?ｉｄｕ??Ａｔｏｔｎｔｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｎｉｃｎｅｌ?Ｎｉ??图１．６二元Ｆｅ－Ｎｉ相图??Ｆｉｇ?１．６?Ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｒｏｎ－ｎｉｃｋｅｌ??坡莫合金：早期为一种铁镍合金的商品Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ，后逐渐演变成特指Ｎｉ含量较高，??且质量分数在３５？９０％的Ｆｅ－Ｎｉ合金。由于坡莫合金成分范围较广，磁导率较高，可以??通过控制不同的制造工艺及改变Ｎｉｗｔ．％含量，以调整合金的磁学性能，因此坡莫合金??已逐渐成为应用最广的软磁合金。特别的，即使在较低的外加磁场下，当Ｎｉ含量为７８％??时，合金的磁滞伸缩系数几乎等于０，起始磁导率ｐ可以达到极大值，因此通常情况下，??坡莫合金特指Ｆｅ－７８Ｎｉ合金。目前作为微电感器中的磁芯材料，坡莫合金多采用电沉积??技术，在低频段使用时能优于其他合金具有较高的电感值Ｌ［Ｍ。除此之外，通过改变铁??镍的成分比使镀层的热膨胀系数与基底相近，可以有效改善镀层承受冷热疲劳时的抗剥??离能力，因此坡莫合金也常被用作过渡层来缓解焊接应力［３３］。??因瓦合金：１９世纪著名物理学家Ｃ．Ｅ．Ｇｕｉｌｌａｕｍｅ首次发现，当二元铁镍合金中Ｆｅ含??量为６４％，Ｎｉ含量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Shielded metal arc welding of cemented carbide to carbon steel[J]. 陈春焕,时彦龙,赵秀娟,任瑞铭. China Welding. 2017(01)
[2]Effect of Magnetic Field on Synthesis of Nano-FeOOH by Low-Temperature Neutralization Method[J]. ZHONG Yun-bo,SUN Zong-qian,TANG Nie-wei,XU Bin,FU Xiao-ming,WANG Jiang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2012(S2)
[3]Fe-Ni新型UBM薄膜的晶圆电镀工艺研究[J]. 张昊,吴迪,张黎,段珍珍,赖志明,刘志权. 金属学报. 2012(10)
[4]化学镀Fe-Ni-P合金沉积速度的影响因素[J]. 许少楠,宣天鹏. 电镀与精饰. 2010(07)
[5]Gd、Y含量对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能的影响[J]. 王发立,张茂才. 磁性材料及器件. 2009(04)
[6]FeNi系坡莫合金的研究开发新进展[J]. 牛永吉,桑灿,李振瑞,陈国钧,降向东,吕键. 金属功能材料. 2007(05)
[7]稳恒磁场下Ni-W合金镀膜的制备与耐蚀性[J]. 杨中东,高鹏,薛向欣,樊占国,刘素兰,国栋. 中国有色金属学报. 2006(10)
[8]强磁场对电沉积镍铁合金膜显微组织的影响[J]. 温艳玲,钟云波,任忠鸣,黄琦晟,邓康,徐匡迪. 中国有色金属学报. 2006(04)
[9]水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响[J]. 李冠成,康永林,李明,卢佃清,邵礼堂. 现代物理知识. 2001(02)
[10]电磁场对水煤浆性能的影响[J]. 汤永新,李寒旭,葛琦. 煤炭科学技术. 2000(12)
硕士论文
[1]稀土铈介入化学沉积钴—镍—磷合金薄膜的研究[D]. 贾韦.合肥工业大学 2007
本文编号：3043373
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