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铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜的研究

作　者: 陈自新
导　师: 李长生
学　校: 江苏大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 铁磁形状记忆合金 Ni-Mn-Ga ECR直流磁控溅射扫描电子显微镜原子力显微镜应变
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 222次
引　用: 2次
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内容摘要

本文使用ECR直流磁控溅射的方法制备了Ni-Mn-Ga薄膜,并对其特性进行了初步研究,以期对这种新型的铁磁形状记忆合金(FSMA)薄膜进行初步探索。制备特定成分的薄膜是我们溅射镀膜要考虑的首要因素,通过比较不同工艺下薄膜的成分组成,我们选取制备Ni-Mn-Ga薄膜的最佳工艺参数为:功率22.5w,靶基距60mm,Ar气压强0.1Pa。并且研究了参数变化对薄膜成分的影响规律。使用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面特性进行了分析,观察到其表面有许多微米级大小不等的颗粒,分析知是由溅射颗粒团聚而成的,并且由于颗粒本身团聚大小和到达早晚的不同而呈现不均匀状态。使用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了分析,知其为典型的核生长型,并对其生长过程进行了描述。通过对不同基底薄膜表面形貌图的对比得知,基底粗糙度对薄膜表面粗糙度有较大的影响。对薄膜进行了X射线衍射分析,知沉积态薄膜为晶态,且主要为(022)取向,计算得知,垂直于(022)晶面的平均晶粒大小约为8.503nm,晶格畸变率约为1.36%。对比分析热处理前后的薄膜发现,热处理使薄膜表面变得更加均匀致密,且由于薄膜随温度的变化量和盐片的相差比较大,而和铜片的比较接近,因此热处理后沉积在盐片上的薄膜出现破裂,而沉积在铜片上的薄膜没有出现破裂。对薄膜在磁场下的感生应变进行了测量,在13koe磁场下得到了85ppm的负应变值,与相应成分块体的进行了对照,并对应变曲线进行了分析。对沉积在硅片上400nm厚的薄膜进行了标准压痕试验,得到薄膜弹性模量为3.79GPa,薄膜硬度为252.92MPa。

全文目录

第一章前言  9-23
  1．1 引言  9-11
  1．2 铁磁形状记忆合金 Ni-Mn-Ga的研究概况  11-14
  1．3 铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga 的磁感生应变和磁场增强相变应变机理  14-15
  1．4 Ni-Mn-Ga薄膜的研究进展  15-20
    1．4．1 Ni-Mn-Ga薄膜的制备方法  16
    1．4．2 Ni-Mn-Ga薄膜的研究介绍  16-20
  1．5 国内的研究现状  20-21
  1．6 Ni-Mn-Ga薄膜的应用  21-22
  1．7 本文的研究内容  22-23
第二章实验部分  23-37
  2．1 微波 ECR直流磁控溅射镀膜  23-30
    2．1．1 磁控溅射原理  23-25
    2．1．2 微波 ECR等离子源的原理和特点  25-26
    2．1．3 实验设备  26-28
    2．1．4 溅射靶材的制备  28-29
    2．1．5 基片处理  29-30
    2．1．6 工艺流程  30
  2．2 薄膜表面观测和成分分析  30-32
    2．2．1 扫描电子显微镜(SEM)  30-31
    2．2．2 原子力显微镜(AFM)  31-32
  2．3 薄膜的热处理  32-33
  2．4 膜厚的测量  33
  2．5 结构分析  33-34
  2．6 薄膜应变的测量  34-35
  2．7 薄膜的硬度和弹性模量测试  35-37
第三章结果与讨论  37-51
  3．1 薄膜的制备工艺研究  37-39
    3．1．1 薄膜制备的实验参数  37
    3．1．2 膜中各元素含量与氩气压的关系  37-38
    3．1．3 膜中各元素含量与溅射功率的关系  38-39
    3．1．4 膜中各元素含量与靶基距的关系  39
  3．2 薄膜的XRD分析  39-41
  3．3 薄膜表面的 SEM分析  41-43
  3．4 薄膜的AFM分析  43-46
  3．5 热处理对薄膜的影响  46-47
  3．6 薄膜的应变分析  47-49
  3．7 薄膜的硬度和弹性模量值测试  49-51
第四章结论  51-52
第五章工作展望  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-61

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜的研究

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