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C轴取向BaFe_（12）O_（19）薄膜集成到Si单晶基片的磁控溅射工艺与性能研究

作　者: 李清峰
导　师: 苏晓东
学　校: 苏州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: BaM薄膜 c轴取向 磁控溅射 过渡层 矫顽力
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 24次
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内容摘要


M型钡铁氧体(BaFe12O19,BaM)属于六角晶系磁铅石型铁氧体材料,具有良好的化学稳定性、机械硬度和抗腐蚀性,高的垂直磁各向异性常数使之具有较高的矫顽力和饱和磁化强度,可广泛应用于高密度磁记录材料、永磁材料、微波器件、微波吸收材料等方面。BaM薄膜在磁记录和微波器件方面的应用越来越多,普遍要求BaM薄膜具有良好的c轴取向来提高磁记录的密度或得到较小的铁磁共振线宽。本文着重研究将BaM薄膜集成在硅衬底上的c轴取向生长工艺,不同过渡层对取向生长的影响以及与微结构、磁性能、微波性能之间的关系。本文所有的薄膜样品都是通过射频磁控溅射法制备的。首先,我们在Si（100）基片上制备了BaM薄膜并对薄膜的结构和性能进行了分析。研究结果发现直接在Si（100）基片上很难制备出外延c轴择优取向的BaM薄膜。然后,我们以Pt（111）层作为过渡层制备出了良好的c轴择优取向的BaM薄膜,研究结果表明Pt层对薄膜的生长取向和性能影响较大。对磁记录来说,Pt层厚度为30nm,BaM薄膜厚度为360nm,退火温度为850℃时,BaM薄膜的性能相对较好,具有良好的c轴取向,薄膜垂直方向的矫顽力Hc⊥和矩形比（Mr⊥/Ms⊥）分别为833Oe和0.35,薄膜平均晶粒尺寸约为400nm。对于微波器件应用方面,Pt层和BaM薄膜的厚度分别为20nm和360nm时,BaM薄膜的共振频率为44GHz时,具有最小线宽?H为399Oe。最后,我们又以稳定的氧化钇和氧化锆（YSZ）为过渡层材料,也制备出了c轴取向BaM薄膜。制备出的BaM薄膜的矫顽力Hc⊥和矩形比（Mr⊥/Ms⊥）比以Pt层作过渡层制备的BaM薄膜的提高了许多,其值分别为2200Oe和0.87,薄膜的晶粒也明显小许多,作为磁记录材料,YSZ层作过渡层制备的c轴取向的BaM薄膜更有潜力。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 序言  8-34
  1.1 磁性材料背景  8-19
    1.1.1 物质磁性的来源  8-13
    1.1.2 物质磁性的分类  13-14
    1.1.3 铁氧体材料的分类  14-19
  1.2 钡铁氧体磁性材料  19-28
    1.2.1 钡铁氧体的结构及性能  19-20
    1.2.2 钡铁氧体薄膜的应用  20-22
    1.2.3 钡铁氧体薄膜的研究进展及现状  22-28
  1.3 本文的研究内容及意义  28-31
  参考文献  31-34
第二章 BaFe_(12)O_(19)薄膜的制备与表征  34-48
  2.1 磁控溅射技术  34-38
    2.1.1 磁控溅射特性  34
    2.1.2 磁控溅射原理  34-37
    2.1.3 实验装置  37-38
  2.2 薄膜样品的制备  38-41
    2.2.1 靶的制备  38-39
    2.2.2 衬底的清洗  39
    2.2.3 薄膜样品的制备  39-41
  2.3 薄膜样品的表征  41-47
    2.3.1 X 射线衍射分析（XRD）  41
    2.3.2 磁性测量  41-42
    2.3.3 膜厚的测试  42-43
    2.3.4 表面形貌测试  43-45
    2.3.5 微波性能测试  45-47
  参考文献  47-48
第三章 Si 衬底上制备BaFe_(12)O_(19)薄膜的研究  48-63
  3.1 溅射功率对制备薄膜的影响  48-52
  3.2 工作气压对制备薄膜的影响  52-54
  3.3 退火温度对薄膜结晶的影响  54-57
  3.4 靶材中钡的含量对制备薄膜的影响  57-61
  3.5 小结  61-62
  参考文献  62-63
第四章c 轴取向BaFe_(12)O_(19)薄膜的制备及性能分析  63-89
  4.1 Pt 层作过渡层制备c 轴择优取向的BaFe_(12)O_(19) 薄膜  64-79
    4.1.1 薄膜样品制备  64-66
    4.1.2 不同温度下退火的薄膜样品结构与性能分析  66-69
    4.1.3 不同厚度的BaFe_(12)O_(19) 薄膜结构与性能分析  69-73
    4.1.4 Pt 层厚度对BaFe_(12)O_(19) 薄膜生长取向结构及性能的影响  73-79
  4.2 YSZ 层作过渡层制备c 轴择优取向的BaFe_(12)O_(19) 薄膜  79-85
    4.2.1 薄膜样品制备  79-81
    4.2.2 薄膜样品结构与性能的对比分析  81-85
  4.3 小结  85-87
  参考文献  87-89
第五章 总结  89-91
攻读硕士期间公开发表的论文  91-92
致谢  92-93

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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