超高纯铁磁性金属靶材溅射镀膜的性能研究
发布时间：2021-06-23 14:40
近年来,半导体技术和各种先进电子元器件得到了飞速发展。铁磁性稀有贵金属及其合金溅射靶材作为支撑半导体集成电路、存储芯片等先进元器件制造的重要材料,具有广阔的市场前景。然而,由于铁磁性材料通常具有独特的电、磁等性能,其高纯金属靶材制作难度很大,相关的产品几乎全部被西方企业所垄断,使得我国在智能制造、基础专用材料制备技术和自给保障能力等方面面临“卡脖子”的困局。本文结合我国目前在超高纯铁磁性金属靶材的加工制造方面的不足,一方面开展铁磁性金属靶材溅射镀膜的性能分析,研究靶材的透磁率、元素添加、退火等相关工艺对成膜性能的影响,为高质量、高性能的铁磁性靶材的研发和设计提供科学依据;另一方面,通过引入界面插层、表面活性剂、覆盖不同的保护层、优化热处理温度等手段,进一步研究界面电子结构对铁磁性靶材溅射所得纳米磁性薄膜性能的影响,通过对界面电子结构的调控优化了薄膜的性能,并揭示了其中的调控机理。本论文的主要研究内容及结果如下:（1）研究了 Co靶材的透磁率对溅射薄膜的磁性能的影响。研究发现不同透磁率的Co靶材在相同的溅射工艺条件下,沉积Co薄膜的剩磁比不同。透磁率相对较低（为69.13%）的Co靶材溅...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１溅射靶材产业链（资料来源：公开资料整理）
?超高纯铁磁性金属靶材溅射镀膜的性能研究???２．２．３磁晶各向异性??７?ＩＩＩＨ?＇?／?ＩＩＩＩＩ?１１０１０１／?＾??Ｎ＾ｒ｜?（?／?園，??Ｈ?Ｍ?Ｈ??图２－２?Ｆｅ、Ｎｉ和Ｃｏ单晶的磁化曲线示意图，其中横轴是外磁场，纵轴是磁化强度。??大量实验表明，当用外磁场对铁磁体进行磁化时，沿着某些方向很容易??就可以磁化到饱和状态，而沿着另外一些方向则比较困难。图２－２是Ｆｅ、Ｎｉ??和Ｃｏ三种单晶铁磁体沿着不同晶轴磁化的磁化曲线示意图。可以看到，沿??着不同晶轴的磁化曲线的差别非常大。比如说，对于Ｆｅ单晶，沿着［１００］晶??轴可以很容易就磁化到饱和状态，而沿着［〗１１］晶轴则很难，［１１０］晶轴的磁化??难度介于［１００］和［１１１］之间。这说明了铁磁单晶体的磁性是各向异性的，有易??磁化轴和难磁化轴之分。这种沿不同晶向表现出不同磁性的现象叫做磁晶各??向异性（ｍａｇｎｅｔｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?）〇?从图?２－２?还可以看出，Ｆｅ、Ｎｉ?和?Ｃｏ??的易磁化轴分别是［１００］、［１１１］和［０００１］，它们的难磁化轴分别是［１１１］、［１００］??和［１０１０］。??Ｊ１００）????Ｍ?■■????ｗ?ｒ??（ａ）?Ｈ?（ｂ）?Ｈ??图２－３?（ａ）阴影面积为铁磁体磁化到饱和状态时外磁场需要做的功；（ｂ）单位铁磁体??沿丨１１１｜晶向和丨１〇？｜晶向磁化到饱和状态所需要的能量差，其大小为阴影面积。??从能量的角度来看，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，磁化曲线与纵??轴包围的面积等于磁化过程中做的功研，即：??－８－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]电子行业用高纯金溅射靶材研究综述[J]. 谭志龙,陈家林,闻明,王传军,郭俊梅,许彦亭,沈月,管伟明. 贵金属. 2019(02)
[2]半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析[J]. 张卫刚,李媛媛,孙旭东,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2018(10)
[3]Tunneling Anisotropic Magnetoresistance in L10-MnGa Based Antiferromagnetic Perpendicular Tunnel Junction[J]. 赵旭鹏,魏大海,鲁军,毛思玮,余之峰,赵建华. Chinese Physics Letters. 2018(08)
[4]自旋轨道转矩[J]. 王天宇,宋琪,韩伟. 物理. 2017(05)
[5]磁控溅射用难熔金属靶材制作、应用与发展[J]. 贾国斌,冯寅楠,贾英. 金属功能材料. 2016(06)
[6]不同底层对CoFeB/Pt多层膜垂直磁各向异性的影响研究[J]. 程鹏,王洪信,俱海浪,李宝河. 电子元件与材料. 2016(12)
[7]Enhancement of post-annealing stability in Co/Ni multilayers with perpendicular magnetic anisotropy by Au insertion layers[J]. Yi Cao,Ming-Hua Li,Kang Yang,Xi Chen,Guang Yang,Qian-Qian Liu,Guang-Hua Yu. Rare Metals. 2016(10)
[8]镍铂合金溅射靶材在半导体制造中的应用及发展趋势[J]. 王一晴,郭俊梅,管伟明,闻明,谭志龙,张俊敏,王传军. 贵金属. 2016(03)
[9]靶材热处理温度对磁控溅射Mo薄膜组织和性能的影响[J]. 张国君,马杰,安耿,孙院军. 中国钼业. 2014(06)
[10]热处理温度对CoTaZr薄膜磁芯电感性能的影响[J]. 李慧,谢致薇,杨元政,陈先朝,何玉定. 电子元件与材料. 2014(02)
本文编号：3245125
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【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１溅射靶材产业链（资料来源：公开资料整理）
?超高纯铁磁性金属靶材溅射镀膜的性能研究???２．２．３磁晶各向异性??７?ＩＩＩＨ?＇?／?ＩＩＩＩＩ?１１０１０１／?＾??Ｎ＾ｒ｜?（?／?園，??Ｈ?Ｍ?Ｈ??图２－２?Ｆｅ、Ｎｉ和Ｃｏ单晶的磁化曲线示意图，其中横轴是外磁场，纵轴是磁化强度。??大量实验表明，当用外磁场对铁磁体进行磁化时，沿着某些方向很容易??就可以磁化到饱和状态，而沿着另外一些方向则比较困难。图２－２是Ｆｅ、Ｎｉ??和Ｃｏ三种单晶铁磁体沿着不同晶轴磁化的磁化曲线示意图。可以看到，沿??着不同晶轴的磁化曲线的差别非常大。比如说，对于Ｆｅ单晶，沿着［１００］晶??轴可以很容易就磁化到饱和状态，而沿着［〗１１］晶轴则很难，［１１０］晶轴的磁化??难度介于［１００］和［１１１］之间。这说明了铁磁单晶体的磁性是各向异性的，有易??磁化轴和难磁化轴之分。这种沿不同晶向表现出不同磁性的现象叫做磁晶各??向异性（ｍａｇｎｅｔｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?）〇?从图?２－２?还可以看出，Ｆｅ、Ｎｉ?和?Ｃｏ??的易磁化轴分别是［１００］、［１１１］和［０００１］，它们的难磁化轴分别是［１１１］、［１００］??和［１０１０］。??Ｊ１００）????Ｍ?■■????ｗ?ｒ??（ａ）?Ｈ?（ｂ）?Ｈ??图２－３?（ａ）阴影面积为铁磁体磁化到饱和状态时外磁场需要做的功；（ｂ）单位铁磁体??沿丨１１１｜晶向和丨１〇？｜晶向磁化到饱和状态所需要的能量差，其大小为阴影面积。??从能量的角度来看，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，磁化曲线与纵??轴包围的面积等于磁化过程中做的功研，即：??－８－??
?超高纯铁磁性金属靶材溅射镀膜的性能研究???２．２．３磁晶各向异性??７?ＩＩＩＨ?＇?／?ＩＩＩＩＩ?１１０１０１／?＾??Ｎ＾ｒ｜?（?／?園，??Ｈ?Ｍ?Ｈ??图２－２?Ｆｅ、Ｎｉ和Ｃｏ单晶的磁化曲线示意图，其中横轴是外磁场，纵轴是磁化强度。??大量实验表明，当用外磁场对铁磁体进行磁化时，沿着某些方向很容易??就可以磁化到饱和状态，而沿着另外一些方向则比较困难。图２－２是Ｆｅ、Ｎｉ??和Ｃｏ三种单晶铁磁体沿着不同晶轴磁化的磁化曲线示意图。可以看到，沿??着不同晶轴的磁化曲线的差别非常大。比如说，对于Ｆｅ单晶，沿着［１００］晶??轴可以很容易就磁化到饱和状态，而沿着［〗１１］晶轴则很难，［１１０］晶轴的磁化??难度介于［１００］和［１１１］之间。这说明了铁磁单晶体的磁性是各向异性的，有易??磁化轴和难磁化轴之分。这种沿不同晶向表现出不同磁性的现象叫做磁晶各??向异性（ｍａｇｎｅｔｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?）〇?从图?２－２?还可以看出，Ｆｅ、Ｎｉ?和?Ｃｏ??的易磁化轴分别是［１００］、［１１１］和［０００１］，它们的难磁化轴分别是［１１１］、［１００］??和［１０１０］。??Ｊ１００）????Ｍ?■■????ｗ?ｒ??（ａ）?Ｈ?（ｂ）?Ｈ??图２－３?（ａ）阴影面积为铁磁体磁化到饱和状态时外磁场需要做的功；（ｂ）单位铁磁体??沿丨１１１｜晶向和丨１〇？｜晶向磁化到饱和状态所需要的能量差，其大小为阴影面积。??从能量的角度来看，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，磁化曲线与纵??轴包围的面积等于磁化过程中做的功研，即：??－８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子行业用高纯金溅射靶材研究综述[J]. 谭志龙,陈家林,闻明,王传军,郭俊梅,许彦亭,沈月,管伟明. 贵金属. 2019(02)
[2]半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析[J]. 张卫刚,李媛媛,孙旭东,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2018(10)
[3]Tunneling Anisotropic Magnetoresistance in L10-MnGa Based Antiferromagnetic Perpendicular Tunnel Junction[J]. 赵旭鹏,魏大海,鲁军,毛思玮,余之峰,赵建华. Chinese Physics Letters. 2018(08)
[4]自旋轨道转矩[J]. 王天宇,宋琪,韩伟. 物理. 2017(05)
[5]磁控溅射用难熔金属靶材制作、应用与发展[J]. 贾国斌,冯寅楠,贾英. 金属功能材料. 2016(06)
[6]不同底层对CoFeB/Pt多层膜垂直磁各向异性的影响研究[J]. 程鹏,王洪信,俱海浪,李宝河. 电子元件与材料. 2016(12)
[7]Enhancement of post-annealing stability in Co/Ni multilayers with perpendicular magnetic anisotropy by Au insertion layers[J]. Yi Cao,Ming-Hua Li,Kang Yang,Xi Chen,Guang Yang,Qian-Qian Liu,Guang-Hua Yu. Rare Metals. 2016(10)
[8]镍铂合金溅射靶材在半导体制造中的应用及发展趋势[J]. 王一晴,郭俊梅,管伟明,闻明,谭志龙,张俊敏,王传军. 贵金属. 2016(03)
[9]靶材热处理温度对磁控溅射Mo薄膜组织和性能的影响[J]. 张国君,马杰,安耿,孙院军. 中国钼业. 2014(06)
[10]热处理温度对CoTaZr薄膜磁芯电感性能的影响[J]. 李慧,谢致薇,杨元政,陈先朝,何玉定. 电子元件与材料. 2014(02)
本文编号：3245125
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