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稀土Nd掺杂FeCo纳米磁性薄膜的结构和磁性

作　者: 张喆
导　师: 席力
学　校: 兰州大学
专　业: 材料学
关键词: 饱和磁化强度矫顽力各向异性场面内各向异性热处理退火温度共振频率衬底温度磁滞回线磁畴结构
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电子设备小型化、高频化的不断发展,应用于电磁器件的高频软磁材料成为一个十分活跃的研究领域。理论和实验表明,CoFe基软磁性薄膜在获得高微波磁导率方面优于其它磁性薄膜,而稀土元素的掺杂可从本质上影响Co基非晶薄膜的复数磁导率特性,稀土元素的适量加入可提高共振频率,提高其高频软磁性能。本文中,我们利用射频磁控共溅射方法,在不同的衬底条件下,通过改变Nd靶溅射功率,制备了一系列Ta/Nd_x（FeCo）_100-x/Ta纳米薄膜。利用X-ray衍射测量了样品的晶体结构,利用原子力显微镜得到了样品的表面形貌;用振动样品磁强计（VSM）和磁力显微镜（MFM）分别研究了样品的静态磁性和磁畴结构;用单端带线法测量了样品的高频磁谱,得到以下结论:一、对于衬底温度加热至300℃制备出的样品,溅射态及热处理后样品均没有面内各向异性,样品的饱和磁化强度随Nd含量的增加而减小,矫顽力随Nd含量的增加而增大。对于Nd₁₃（FeCo）₈₇样品,由于旋转各向异性的存在,测得该薄膜的共振频率约为1.5GHz。二、对于衬底不加热的样品:研究了其结构和磁性随Nd含量和真空磁场退火温度（T）的变化关系。X射线衍射研究表明热处理前的薄膜为非晶态,随着T的升高,逐渐析出FeCo纳米晶,随T的进一步升高,FeCo纳米晶粒逐渐变大,而且在薄膜中生成了FeCoNd合金纳米晶。利用振动样品磁强计研究了纳米薄膜的静态磁性,结果表明,饱和磁化强度随着Nd含量的升高而降低。而对Nd含量较低的Nd₁₃（FeCo）₈₇样品研究表明由于垂直各向异性的存在,溅射态及热处理后的薄膜样品均没有面内各向异性样品,表现为条纹畴结构。在Nd含量高于13%的样品中,经真空磁场热处理的样品都表现出很好的面内磁各向异性,在Ta/Nd₂₀（FeCo）₈₀/Ta样品中获得了易轴矫顽力1.70e,难轴矫顽力为2.50e,各向异性场为102.60e的优异静态磁性,表明在高频领域具有很好的潜在应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章引言  9-12
  参考文献  11-12
第二章基础理论  12-27
  2.1 纳米晶软磁材料起因  12-20
    2.1.1 非晶中的随机各向异性模型  12-13
    2.1.2 纳米晶中的随机各向异性模型  13-20
  2.2 软磁材料中的动态磁化机制  20-26
    2.2.1 磁滞回线形状  20-21
    2.2.2 磁畴和畴壁移动  21-23
    2.2.3 复数磁导率  23-26
  参考文献  26-27
第三章样品的制备与测试  27-42
  3.1 样品的制备  27-33
    3.1.1 磁控溅射的基本原理  27-31
    3.1.2 溅射工艺参数的选择  31-32
    3.1.3 样品的制备及处理过程  32-33
  3.2 测试方法  33-41
    3.2.1 微结构  33-34
    3.2.2 磁性测量  34-37
    3.2.3 成分测量  37-38
    3.2.4 厚度的测量  38
    3.2.5 高频磁导率的测量  38-41
  参考文献  41-42
第四章 300℃衬底温度下Ta/Nd_X(FeCo)_(100-X)/Ta样品结构与磁性研究  42-48
  4.1 微结构  43-44
  4.2 磁性  44-47
  参考文献  47-48
第五章退火温度对Ta/Nd_X(FeCo)_(100-X)/Ta薄膜结构和磁性的影响  48-67
  5.1 磁控溅射方法制备Ta/Nd_X(FeCo)_(100-X)/Ta样品  48-49
  5.2 退火温度对薄膜结构和磁性的影响  49-56
    5.2.1 微结构  49-51
    5.2.2 退火温度对薄膜磁性的影响  51-56
  5.3 薄膜磁性与Nd掺杂含量的关系  56-60
  5.4 薄膜的高频磁性  60-63
  5.5 小结  63-66
  参考文献  66-67
第六章结论  67-68
致谢  68

稀土Nd掺杂FeCo纳米磁性薄膜的结构和磁性

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