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采用Pt过渡层制备c轴择优BaFe₁₂O₁₉薄膜及其微波特性研究

作　者: 张露
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轴择优磁控溅射过渡层微波特性
分类号: TM277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 30次
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内容摘要

六角磁铅石钡铁氧体(BaM)具有良好的化学稳定性、高矫顽力、高饱和磁化强度、高的垂直磁晶各向异性、高频时具有高电阻率和介电常数,它在单片微波集成电路(MMIC)、高密度垂直磁记录介质等方面都有着广泛的应用。未来微波集成器件的发展在保证高性能的同时应兼顾自偏场、重量轻、厚度薄的要求,因而近十年来BaM薄膜得到了广泛的研究。为了将铁氧体微波器件集成在微波电路中,BaM铁氧体薄膜要有低的微波损耗,必须制备结晶性良好、高度c轴取向的BaM薄膜或厚膜。本文采用射频磁控溅射方法在硅单晶基片上制备c轴取向的BaM铁氧体薄膜,主要研究了过渡层的取向、厚度及其周期性结构对BaM铁氧体薄膜微结构、磁性能和微波性能的影响。通过系统研究,得到以下一些结果:1.在Si (111)单晶基片上直接沉积BaM薄膜难以获得c轴取向的BaM薄膜,选择适当的过渡层可以获得c轴择优的BaM薄膜。通过工艺的调整,我们在Si (111)基片上成功地制备出厚度在10-60 nm的Pt (111)和Pt (200)过渡层薄膜。研究表明,Pt (111)比之Pt (200)更容易使得在其上沉积的BaM薄膜形成c轴择优取向,这一结果可以由晶格匹配的理论得到很好的解释。2. Pt (111)缓冲层的厚度对沉积其上的220 nm厚BaM薄膜性能有较大影响。原子力/磁力显微镜观测结果表明,使用20 nm的Pt过渡层能够制备出具有较大的晶粒和平均磁畴尺寸大于1微米的BaM薄膜;对此条件下制备BaM的薄膜测量其微波特性,结果表明:薄膜在较宽的频率范围(42-55GHz)可以测量出可观的微波铁磁共振,在44 GHz时具有399 Oe的较小共振线宽。作为对比,我们还制备了具有软磁特性的NiZn铁氧体薄膜,其铁磁共振频率远低于BaM薄膜,9.54 GHz时其共振线宽为3468 Oe。上述结果表明c轴择优的BaM薄膜具有良好的微波特性,极具应用的潜力。3.将Pt过渡层形成微波频段的亚波长周期结构阵列,初步探索了对BaM薄膜的影响。结果表明,金属亚波长阵列可以影响BaM薄膜的结构和性能。随着Pt金属亚波长阵列的厚度逐渐增加,BaM薄膜的晶粒尺寸逐渐减小,粗糙度也在减小。当Pt金属亚波长阵列厚度为20 nm时,BaM薄膜的晶粒尺寸最大,矫顽力Hc最大,为1050 Oe。说明随着晶粒尺寸的增加,矫顽力也增加了。另外降低薄膜的粗糙度有利于增大薄膜的应力从而增加对畴壁位移的阻力,对应的矫顽力也增加。进一步将测量薄膜的微波性能,希望这种周期结构对铁氧体磁性薄膜的微波特性有很好的调控作用。总之,本工作表明可以通过Pt过渡层的(111)取向、合适的厚度提高BaM薄膜的质量。我们相信在上述工作基础上,将亚波长周期阵列结构融合到薄膜中,并优化工艺参数等可以进一步降低铁磁共振线宽。

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