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FeNiN薄膜结构和磁性的研究

作　者: 王晓芳
导　师: 吴萍
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: FeNiN薄膜射频磁控溅射磁各向异性条状磁畴
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 46次
引　用: 1次
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内容摘要

采用射频磁控溅射法在Si（100）基底上成功制备了系列的FeNiN薄膜。系统地研究了氮气分压、Ni含量、溅射功率、薄膜厚度、基底温度和退火温度等工艺条件对薄膜结构和磁性的影响。用X射线衍射对FeNiN薄膜样品的结构和物相进行了分析。FeNiN薄膜的化学价态和成份用X射线光电子能谱测得。FeNiN薄膜的磁特性由振动样品磁强计测得。膜厚测量采用台阶仪（Dektak 6m）。薄膜的表面形貌用原子力显微镜（AFM）测量。薄膜表面的磁畴形貌用磁力显微镜（MFM）测量。实验发现氮气分压和Ni含量对薄膜的物相生成起着决定性作用。基底温度也是影响FeNiN薄膜结构与磁性的一个主要因素。对于基底不加热的氮分压系列,随着氮含量的增加,薄膜面内磁各向异性随着氮含量的增加发生了向各向同性的转变。对于基底温度为473 K的氮分压系列,则发生了明显的相转变α-（Fe,Ni）N→ξ-（Fe,Ni）2N。Ni掺杂FeN化合物促使结构发生了从体心立方相α-（Fe,Ni）向面心立方相γ-（FeNi3）4N的转变,提高了薄膜的软磁性能。随着溅射功率的增加,薄膜结构的有序度增强,在300 W时生成了高度有序的（Fe,Ni）N0.0324相,在400 W时,该相出现（200）择优取向,这与材料生长过程中不同晶面的自由能有关。同时,随着溅射功率的增加,周期排列的条状磁畴变得更加清晰,其原因是薄膜本身的垂直各向异性随着溅射功率的增加而增强。在450 oC的条件下退火,制备态的FeNiN薄膜没有发生相变反应,说明薄膜具有较好的热稳定性。实验所制备的薄膜均表现出光滑的表面和良好的软磁性能。最优化条件是在300 W的功率下和氮气分压为P_N2 = 3.0%时,所制备的FeNiN薄膜室温下饱和磁化强度为¹900 emu/cm³ ,高于同样条件下测得的纯铁的饱和磁化强度,矫顽力只有¹ Oe,具有良好的软磁性能。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章前言  7-24
  1.1 FeN 二元系统及其研究现状  9-14
    1.1.1 FeN 二元系统的相结构  9-12
    1.1.2 α′′-Fe16N2的研究状况  12-13
    1.1.3 γ′-Fe4N的研究状况  13-14
  1.2 FeNi 二元系统及其研究现状  14-15
  1.3 FeMN 三元系统及其研究现状  15-22
    1.3.1 不同掺杂元素的研究现状  15-18
    1.3.2 FeNiN 三元系统的研究现状  18-20
    1.3.3 高频软磁特性的研究  20-21
    1.3.4 小结  21-22
  1.4 本论文的选题意义及主要工作  22-24
    1.4.1 论文的选题意义  22-23
    1.4.2 存在的问题  23
    1.4.3 本论文的主要工作  23-24
第二章 FeNiN 薄膜的制备及其表征手段  24-30
  2.1 射频(RF) 溅射系统  24-25
  2.2 射频(RF) 溅射原理  25-27
  2.3 FeNiN 薄膜样品的制备  27-28
  2.4 样品的表征手段  28-30
第三章 RF溅射工艺过程对FeNiN薄膜结构和磁性的影响  30-52
  3.1 样品的制备与表征  30-31
  3.2 氮气分压对 FeNiN 薄膜的影响  31-34
  3.3 不同Ni 含量对FeNiN 薄膜的影响  34-40
  3.4 基底温度对 FeNiN 薄膜的影响  40-41
  3.5 薄膜厚度对 FeNiN 薄膜的影响  41-43
  3.6 溅射功率对 FeNiN 薄膜的影响  43-48
  3.7 退火温度对 FeNiN 薄膜的影响  48-50
  3.8 本章小结  50-52
第四章 FeNiN 薄膜面内磁各向异性的研究  52-64
  4.1 样品的制备与表征  52-53
  4.2 氮气分压对FeNiN 薄膜的影响  53-63
  4.3 本章小结  63-64
第五章结论  64-65
参考文献  65-75
硕士在读期间已发表和已完成的论文  75-76
致谢  76

FeNiN薄膜结构和磁性的研究

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