镍锌铁氧体薄膜的制备和电磁性能调控

发布时间：2017-08-20 09:23

  本文关键词：镍锌铁氧体薄膜的制备和电磁性能调控

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【摘要】：现代电子信息技术的飞速发展对微波磁性材料提出了更高的要求—高共振频率、高磁导率以及高电阻率。而软磁铁氧体材料尽管具有高电阻率、低涡流损耗等优点,但是其较低的共振频率(200 MHz)限制了它在高频电感等器件中的应用。因此,如何提高软磁铁氧体的共振频率和磁导率成为了人们的关注重点。在本文中我们利用共沉淀法制备了软磁镍锌铁氧体粉末并压块烧结制成靶材,然后利用磁控溅射法制备了镍锌铁氧体薄膜,通过X射线衍射谱、磁滞回线和铁磁共振吸收谱等表征手段,系统地表征了样品的晶体结构、静态磁性与高频磁性,得到的创新性成果有：1.通过共沉淀法制备镍铁氧体纳米颗粒,并与氧化锌纳米颗粒混合高温烧结,发现界面镍锌铁氧体相的形成改善了复合纳米颗粒的高频性能。通过控制复合材料的比例,得到了质量比70%的镍铁氧体复合材料的高频性能最佳的结论。通过对纳米颗粒的高频磁性研究,表明材料纳米化可以改善高频性能。2.基于纳米结构可优化高频磁性参数的结论,通过磁控溅射制备镍铁氧体薄膜,研究其室温条件下的成相规律。发现通过控制磁控溅射的气压和靶距等参数,镍铁氧体薄膜不需要传统的高温烧结就可以在室温下直接成相,提出了室温原位制备成相良好的镍铁氧体薄膜的方法,这对器件的产业化有重要意义。3.应用铁氧体薄膜室温成相技术,生长了不同厚度的镍铁氧体薄膜,发现薄膜生长刚开始时,由于衬底与铁氧体晶体间有很大的晶格失配,导致晶粒的不规则生长,晶粒尺寸变小,使较薄厚度(10 nm)的薄膜在室温下处于超顺磁态。研究结果对提高超薄铁氧体薄膜的静磁性能有指导作用。4.基于双各向异性模型调控共振频率的理论,在铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)单晶压电基底上成功制备了具有面内磁各向异性的镍锌铁氧体薄膜样品,并依靠磁电耦合效应,通过PMN-PT在电场下的各向异性应力调节镍锌铁氧体薄膜的各向异性大小和方向,发现通过磁电耦合能提高镍锌铁氧体薄膜的共振频率。5.镍锌铁氧体薄膜具有高的电阻率,通过研究不同制备条件下的电阻率观察到了电阻转变效应,并探索了退火温度、外加磁场以及电形成限制电流对阻变效应的影响。发现通过控制退火温度和电形成电流能使阻变类型在界面型和导电细丝型之间转变。研究结果对于兼具电阻与磁记录能力器件的开发有重要意义。
【关键词】：镍锌铁氧体薄膜 高频性能 磁电耦合 阻变效应
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 软磁铁氧体材料的发展概述10-12
• 1.2 软磁铁氧体薄膜的制备技术12-17
• 1.3 镍锌铁氧体薄膜的研究背景及意义17
• 1.4 本论文的研究意义和主要研究内容17-19
• 参考文献19-22
• 第二章 铁氧体的基本理论、制备技术以及表征方法22-31
• 2.1 尖晶石型铁氧体的晶体结构22
• 2.2 尖晶石型铁氧体的磁性来源22-23
• 2.3 铁氧体薄膜样品的磁控溅射制备23-27
• 2.3.1 溅射平台介绍23-24
• 2.3.2 基片的选择与清洁24-25
• 2.3.3 抽真空25
• 2.3.4 磁控溅射制备薄膜的生长过程25-26
• 2.3.5 掩模板的使用26-27
• 2.4 样品的表征27-30
• 2.4.1 X射线衍射仪(XRD)27-28
• 2.4.2 振动样品磁强计(VSM)28
• 2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)28
• 2.4.4 表面轮廓分析仪(台阶仪)28-29
• 2.4.5 阻变测试系统29-30
• 参考文献30-31
• 第三章 镍铁氧体纳米颗粒的制备与高频性能31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 镍铁氧体纳米颗粒的制备和性能表征31-34
• 3.2.1 化学共沉淀法制备镍铁氧体纳米颗粒32-33
• 3.2.2 镍铁氧体纳米颗粒的结构和形貌表征33-34
• 3.3 氧化锌掺杂镍铁氧体对其微波吸收性能的改善34-41
• 3.3.1 镍铁氧体与氧化锌的复合35-36
• 3.3.2 镍铁氧体与氧化锌的复合物的结构和磁性表征36-38
• 3.3.3 镍铁氧体与氧化锌的复合物的高频性能测试38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 参考文献42-43
• 第四章 镍铁氧体薄膜的室温磁控溅射制备43-66
• 4.1 引言43
• 4.2 镍铁氧体靶材的制备43-46
• 4.2.1 镍铁氧体粉末的制备44
• 4.2.2 镍铁氧体溅射靶材的烧制44-45
• 4.2.3 靶材的结构与磁性测试45-46
• 4.3 镍铁氧体溅射镀膜成相研究46-56
• 4.3.1 靶距对样品成相的影响47-49
• 4.3.2 气压对样品成相的影响49-52
• 4.3.3 靶距和气压对样品磁性的影响52-54
• 4.3.4 靶距对样品微观结构的影响54-56
• 4.4 铁氧体薄膜的生长、结构以及磁性56-64
• 4.4.1 样品的制备57
• 4.4.2 样品的结构表征57-58
• 4.4.3 转角度ESR的测量58-59
• 4.4.4 样品的磁性及表面形貌表征59-63
• 4.4.5 样品的TEM测试63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 参考文献65-66
• 第五章 镍锌铁氧体薄膜磁性的压电调控66-76
• 5.1 引言66
• 5.2 镍锌铁氧体薄膜各向异性的压电调控66-71
• 5.2.1 镍锌铁氧体薄膜/PMN-PT复合结构的制备67
• 5.2.2 镍锌铁氧体薄膜磁滞回线的压电响应67-68
• 5.2.3 镍锌铁氧体薄膜各向异性的压电响应68-71
• 5.3 镍锌铁氧体薄膜高频性能的压电调控71-72
• 5.3.1 样品的制备71-72
• 5.3.2 样品的磁谱随电压的变化72
• 5.4 本章小结72-74
• 参考文献74-76
• 第六章 镍锌铁氧体薄膜的电学性质与阻变特性76-88
• 6.1 引言76-77
• 6.2 镍锌铁氧体薄膜的阻变效应77-86
• 6.2.1 镍锌铁氧体阻变器件的制备和测试77
• 6.2.2 退火温度对铁氧体阻变效应的影响77-80
• 6.2.3 外磁场对铁氧体阻变效应的影响80-83
• 6.2.4 电形成电流对铁氧体阻变效应的影响83-86
• 6.3 本章小结86-87
• 参考文献87-88
• 第七章 结论与展望88-90
• 7.1 本论文的主要结论88-89
• 7.2 对未来研究工作的展望89-90
• 附录 A 锰铁氧体颗粒的制备以及其热稳定性的研究90-101
• A1 锰铁氧体前驱物的制备90-91
• A2 锰铁氧体的烧制91-93
• A3 低温共沉淀法制备锰铁氧体93-96
• A4 锰铁氧体颗粒的热稳定性96-99
• A5 本章小结99-100
• 参考文献100-101
• 在学期间的研究成果101-104
• 一、发表论文101-102
• 二、主持课题102
• 三、参与课题102-104
• 致谢104

【参考文献】

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1 华杰;刘梅;徐仕，

本文编号：705815