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稀土Sm掺杂FeCo非晶薄膜的结构和磁性

作　者: 周军军
导　师: 席力
学　校: 兰州大学
专　业: 磁学
关键词: 软磁薄膜面内各向异性磁化翻转机制磁场热处理
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电磁器件向小型化、高频化方向的高速发展,对软磁材料的高频性能提出了更高的要求。具有高磁导率、高饱和磁化强度、高电阻率以及适当大小的面内单轴各向异性场的软磁材料成为一个十分活跃的研究领域。而FeCo基软磁薄膜在获得高磁导率方面优于其它磁性薄膜,成为近年来研究的热点。实验表明,稀土元素的适当掺入能够从本质上提高FeCo基非晶薄膜的磁导率,提高共振频率,从而提高材料的高频性能。本文采用射频磁控共溅射法,通过改变实验参数,在Si(111)基底上制备了一系列FeCoSm软磁薄膜。分别用X衍射衍射仪和高分辨透射电镜测量了样品的微结构；利用X射线能量色散谱仪测量了样品的成分；用振动样品磁强计和磁光克尔测试系统分别研究了样品的室温静态磁性；用直流四探针法和短路微扰传输线法测量了样品的电性和高频特性。得出了以下结论：采用射频磁控共溅射法在室温下制备的FeCoSm薄膜为非晶或纳米晶结构,其结构和磁性在很大程度上依赖于Sm的含量x和薄膜的厚度t。(1)、对于同一厚度的FeCoSm薄膜,晶粒尺寸随着Sm含量的增大而减小,样品由晶态的FeCo薄膜变为非晶FeCoSm薄膜,当x≥13(at%)时,FeCoSm样品为非晶结构,这与高分辨透射电镜测试的结果是一致的,这是由于稀土元素的掺入细化了FeCo晶粒；VSM测试结果表明,Sm的掺入使得样品由面内各向同性变为具有单轴各向异性的软磁薄膜,当x=13(at%)时,样品的矫顽力最小,软磁性能最好。(2)、Sm含量一定,随着薄膜厚度的增加,样品由非晶变为纳米晶,并且矫顽力逐渐增大,各向异性场逐渐减小,软磁性能变差；这是由于在制备过程中,样品没有水冷系统,长时间溅射镀膜产生的热效应使得样品局部结晶,从而导致矫顽力增大,软磁性能变差。在易轴附近其磁化翻转机制是通过畴壁成核或者畴壁钉扎来实现的,矫顽力随0的变化关系符合Kondorsky模型。在难轴附近其磁化翻转机制是通过磁矩的相干转动来实现的,矫顽力随0的变化关系符合一致转动模型。(3)、对室温下制备的FeCoSm非晶薄膜,进行了不同温度下的真空磁场热处理,研究了微观结构和磁性随退火温度的变化关系。结果表明随着退火温度(Ta)的升高,当Ta>350"C时样品开始局部结晶,形成bcc结构的FeCo合金,样品的各向异性场逐渐减小；随着退火温度的进一步升高,当Ta=500℃时,FeCo晶粒长大,不满足交换耦合条件,样品的面内各向异性消失,软磁性能变差。(4)、由fr=γ(?)/2π,具有较大的各向异性场和较高的饱和磁化强度的样品可获得很好的高频性能,对于FeCoSm薄膜来说,由于样品具有很大的面内各向异性和较高的饱和磁化强度,因此其自然共振频率更高,可以达到10GHz以上,这预示着有更广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章引言  9-11
第二章理论基础  11-20
  2.1. 软磁材料的磁化机制  11
  2.2 随机各向异性模型  11-13
  2.3 磁场感生磁各向异性  13
  2.4 Stoner-Wohlfarth模型  13-17
  2.5 稀土(RE)-过渡族(TM)化合物的R-T交换相互作用  17
  2.6 高频磁性的理论处理  17-20
第三章样品的制备与测试  20-24
  3.1 薄膜样品的制备  20
  3.2 样品的测量  20-24
    3.2.1 微观结构测量  20-21
    3.2.2 磁性测量  21
    3.2.3 电性测量  21-22
    3.2.4 成份的测量  22
    3.2.5 厚度的测量  22-23
    3.2.6 高频磁导率的测量  23-24
第四章 Sm含量对(Fe_(65)Co_(35))_(100-x)Sm_x薄膜结构与磁性的影响  24-31
  4.1 X射线能量色散谱(EDS)  24-25
  4.2 不同Sm含量(Fe_(65)Co_(35))_(100-x)Sm_x薄膜的微结构  25-26
  4.3 (Fe_(65)Co_(35))_(100-x)Sm_x薄膜的磁性  26-29
    4.3.1 典型样品的磁滞回线  26-27
    4.3.2 饱和磁化强度、各向异性场和矫顽力随Sm含量的关系  27-29
  4.4 (Fe_(65)Co_(35))_(100-x)Sm_x薄膜的剩磁比和电阻率  29-30
  4.5 小结  30-31
第五章厚度对(Fe_(66.9)Co_(33.1))_(86.8)Sm_(13.2)薄膜结构与磁性的影响  31-37
  5.1 不同厚度(Fe_(66.9)Co_(33.1))_(86.8)Sm_(13.2)薄膜的结构  31-32
  5.2 厚度为110nm的(Fe_(66.9)Co_(33.1))_(86.8)Sm_(13.2)薄膜的静态磁性  32-35
  5.3 小结  35-37
第六章磁场热处理对FeCoSm薄膜结构与磁性的影响  37-41
  6.1 磁场热处理对FeCoSm薄膜结构影响  37
  6.2 磁场热处理对FeCoSm薄膜磁性的影响  37-38
  6.3 磁场热处理对FeCoSm薄膜的高频特性  38-40
  6.4 小结  40-41
第七章结论  41-42
参考文献  42-44
在学期间的研究成果  44-45
致谢  45

稀土Sm掺杂FeCo非晶薄膜的结构和磁性

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