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化学镀法制备软磁薄膜材料及激光刻蚀诱导面内各向异性的研究

作　者: 袁静
导　师: 刘青芳
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 化学镀软磁薄膜快速热处理激光刻蚀
分类号: O484.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 61次
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内容摘要

Ni基和Co基合金是常用的软磁薄膜,被广泛应用于无线电领域、传感器和磁记录头等。其中,Ni基合金的特点是具有高的起始磁导率和低的矫顽力；而Co基合金的特点是具有高的饱和磁化强度,高的各向异性常数、高居里温度和高电阻率。纯的金属合金材料,如：FeNi、FeCo等合金在空气中容易氧化不易保持它们的磁性能,所以在工业中的应用受到限制。而在合金材料中掺入一些非金属元素,如：B、P等元素不仅可以提高薄膜的抗氧化性,而且可以细化晶粒,提高薄膜的软磁性能。常用的制备软磁薄膜的方法有很多,比如物理气相沉积、电化学沉积和化学镀等,其中化学镀方法的优点在于对衬底的要求低、沉积薄膜的附着力和平整度较好、工艺成本低,所以适合大规模的工业化生产。本论文中,我们利用化学镀的方法成功制备了软磁性能优良的Ni-P合金、Ni-Co-P合金和Ni-Co-Fe-P合金,并尝试用激光诱导薄膜的面内各向异性。我们用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、振动样品磁强计等手段对样品的结构、形貌和磁性进行了研究,考察了施镀时间、还原剂浓度、金属离子比对样品的结构、形貌和磁性的影响。本文的主要工作有以下几个方面：(1)系统地研究了施镀时间、还原剂浓度对Ni-P薄膜晶体结构、薄膜成分、静态磁性的影响；研究了镀液中金属离子比例对Ni-Co-P薄膜的晶体结构、薄膜成分和静态磁性的影响；同时,尝试制备了Ni-Co-Fe-P薄膜。(2)研究了快速真空磁场热处理对Ni-P薄膜的晶体结构和磁性能的影响。(3)用激光刻线的方法在Ni-P薄膜和Ni-Co-P薄膜内成功诱导出了面内各向异性场,获得了双各向异性薄膜。最后研究了激光参数对Ni-Co-P薄膜面内各向异性场的影响,得到了在较大范围内有效调控软磁薄膜面内各向异性场的方法。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8
  1.2 磁性薄膜制备方法简介  8-11
    1.2.1 化学镀法  9
    1.2.2 电镀法  9-10
    1.2.3 物理气相沉积  10
    1.2.4 本课题选择磁性薄膜制备方法  10-11
  1.3 化学镀制备薄膜的机理  11-15
    1.3.1 化学镀的发展史  11
    1.3.2 化学镀层的生长机理  11-13
    1.3.3 化学镀液中各组分介绍  13
    1.3.4 硅衬底上化学镀膜工艺简介  13-14
    1.3.5 化学镀多元磁性合金薄膜  14-15
第二章纳米晶软磁材料理论基础与测试技术原理  15-25
  2.1 软磁材料理论基础  15-19
    2.1.1 软磁材料的介绍  15
    2.1.2 软磁材料的磁滞回线的特点  15-16
    2.1.3 动态磁化机制  16-18
    2.1.4 软磁材料的磁各向异性  18-19
  2.2 测试技术原理  19-25
    2.2.1 X射线衍射(XRD)仪测量薄膜的结构  19-20
    2.2.2 振动样品磁强计(VSM)测样品静态磁性能  20-21
    2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)测样品厚度和样品成分  21-22
    2.2.4 原子力显微镜(AFM)测样品的表面形貌  22
    2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测样品成分  22-23
    2.2.6 矢量网络分析仪(VAN)测样品高频磁性  23-25
第三章样品的制备与磁性测试  25-44
  3.1 硅衬底上化学镀Ni-P薄膜的制备及软磁性能  25-32
    3.1.1 实验原理  25
    3.1.2 薄膜的制备  25-28
    3.1.3 实验数据分析与结果讨论  28-32
  3.2 硅衬底上化学镀Ni-Co-P薄膜的制备及性能的测试  32-37
    3.2.1 实验原理与薄膜制备  32-33
    3.2.2 金属盐浓度对镀层的性能影响  33-37
  3.3 硅衬底上化学镀Ni-Co-Fe-P薄膜的制备及性能的测试  37-42
    3.3.1 化学镀Fe的实验原理与薄膜制备  37-39
    3.3.2 实验结果与讨论  39-42
  3.4 小结  42-44
第四章快速磁场热处理对化学镀Ni-P样品性能的影响  44-51
  4.1 350℃下不同的热处理时间对薄膜结构和磁性能的影响  44-46
    4.1.1 热处理时间对样品晶体结构的影响  44-45
    4.1.2 热处理时间对薄膜磁性能的影响  45-46
  4.2 不同热处理温度对薄膜结构和磁性能的影响  46-47
    4.2.1 热处理温度对薄膜结构的影响  46
    4.2.2 热处理温度对薄膜磁性能的影响  46-47
  4.3 快速磁场热处理对薄膜结构和磁性能的影响  47-49
    4.3.1 快速磁场热处理对薄膜结构的影响  47-48
    4.3.2 快速磁场热处理对薄膜磁性能的影响  48-49
  4.4 小结  49-51
第五章激光处理对化学镀Ni-P、Ni-Co-P薄膜样品的磁性能影响  51-58
  5.1 对化学镀Ni-P薄膜激光处理后的结果  51-52
  5.2 对化学镀Ni-Co-P薄膜激光处理后的结果  52-57
    5.2.1 硅衬底刻线后化学镀N2C4  52-54
    5.2.2 化学镀N2C4后激光刻线  54-57
  5.3 小结  57-58
第六章结论  58-60
参考文献  60-64
在学期间的研究成果  64-65
致谢  65

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