论文部分内容阅读
铁磁性薄膜由于在获得高磁导率和制备方面优于传统的微波铁氧体薄膜而在集成化微磁器件、抗电磁干扰及新型雷达波吸收材料研究中受到了广泛和高度的重视，因而成为微波磁性材料研究的热点。
铁磁性金属Co具有高的饱和磁化强度、强的磁晶各向异性能、高的居里温度以及极小的磁滞伸缩系数，所以铁磁性Co薄膜可在GHz微波频段获得高的磁导率而有望成为微波磁性材料。但目前对Co膜的研究仅限于物理基础和磁性研究，尚未有关于Co膜的磁性及微波磁性的综合研究。据此，本论文的目的就是以Co薄膜为研究对象，研究其结构、磁性及微波磁性，为Co薄膜作为微波磁性材料提供实验与理论依据。
本文中，采用我们提出的弱磁控射频溅射法在磁场诱导下制备出了不同结构的面内单轴磁各向异性Co系列薄膜。利用XRD和TEM获得薄膜的基本结构特征：利用VSM测量了薄膜的静态磁性；采用微带传输线微扰法，利用网络分析仪测量了0.1-5GHz频率范围内薄膜的微波磁性。主要结论如下：
1.在射频功率为60W、溅射压强PAr在1.0Pa-2.0Pa的条件下，制备出了面内单轴磁各向异性非晶Co薄膜。
(1)XRD结果：所有Co薄膜XRD谱线为典型的非晶结构的漫散射非晶包；随着PAr从1.0Pa升至2.0Pa，非晶包向着2θ的低角度方向移动，并且非晶包的宽度增加。这说明随着PAr的升高，非晶Co膜中Co原子间的距离增大，非晶Co膜无序度增加，非晶Co膜中的自由体积增大。
(2)VSM测量结果：由于不存在磁晶各向异性，所有Co薄膜表现出软磁性；所有Co膜具有强的面内单轴磁各向异性，并且单轴磁各向异性场Hk和单轴磁各向异性能Ku随PAr的升高而增强。
(3)微波磁性测量结果：Co膜的磁谱为共振型；磁导率实部μ最高达400，虚部μ"最高达700；自然共振频率fr达3GHz以上，自然共振峰半高宽FWHM最大达1.3GHz。这说明面内单轴磁各向异性非晶Co膜可作为GHz微波磁性材料应用于高频传感器件或微波吸收。
2.在射频功率为80W，PAr在1.0Pa-0.1Pa的条件下，制备出了不同结构的Co薄膜。
(1)XRD和TEM结果：随着PAr的降低，Co膜中非晶相逐渐减少，结晶相逐渐增多。在压强为0.1Pa时，Co膜晶化为纳米晶薄膜，Co膜中的晶粒由hcp-Co和fcc-Co两相组成，晶粒尺寸为5-7nm。
(2)VSM测量结果：所有Co膜具有强的面内单轴磁各向异性；Co膜的易轴矫顽力Hce随PAr的减小而降低。由于晶粒间的铁磁交换耦合作用，0.3Pa和0.1Pa下制备出的Co薄膜显示软磁性。
(3)微波磁性测量结果：纳米晶软磁性Co膜的磁谱为共振型磁谱；μ最大值约为150，μ"最大值超过300；fr为3.3GHz，FWHM约为1.3GHz。这表明纳米晶Co膜可作为GHz频段微波吸收材料。
3.在射频功率为80W，PAr在0.1Pa的条件下，制备出了厚度为50nm，75nm，100nm的面内单轴磁各向异性纳米晶Co薄膜。
(1)XRD和TEM结果：XRD显示Co膜为纳米晶薄膜，BF像显示晶粒尺寸为7nm；电子衍射花样显示Co膜由hcp相和fcc相两相组成，纳米晶Co薄膜的结构随Co膜厚度的变化而变化。
(2)VSM测量结果：所有Co膜具有强面内单轴磁各项异性，风随薄膜厚度的升高而略有降低；Co薄膜的矫顽力Hc随着Co膜的厚度增加而降低。
(3)微波磁性测量结果：Co膜的自然共振线宽FWHM随膜厚增加而减小，FWHM从50nm.的1.5GHz降至100nm的1.0GHz。这说明Co膜的FWHM宽度FWHM宽度可通过仅有几十纳米的膜厚变化来调节。
4.面内单轴磁各向异性Co薄膜可作为微波磁性材料应用于GHz频段。