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具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

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物理学报 2016年第21期65卷 267-275页

作者：李金财詹清峰潘民杰刘鲁萍杨华礼谢亚丽谢淑红李润伟湘潭大学材料科学与工程学院低维材料及其应用技术教育部重点实验室薄膜材料及器件湖南省重点实验室湘潭411105 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院磁性材料与器件重点实验室浙江省磁性材料及其应用技术重点实验室宁波315201

具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各... 详细信息

具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm^2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322×102Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm^2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53μm单调减小到0.24μ***薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.

关键词：转动磁各向异性条纹磁畴铁磁共振

Nd含量对磁控溅射Si(111)/Cr/Nd-Co/Cr薄膜结构与磁性的影响

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金属学报 2019年第10期55卷 1349-1358页

作者：何贤美童六牛高成王毅超安徽工业大学数理科学与工程学院马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002

采用磁控溅射技术制备了系列Si(111)/Cr(10 nm)/NdCox(400 nm)/Cr(10 nm)薄膜,其中,Co/Nd原子比x=2.5~7.2。利用XRD、SEM、AFM/MFM、VSM等手段研究了Nd含量对制备态薄膜垂直磁各向异性(PMA)与磁畴结构及退火态薄膜相结构与磁性的影响规... 详细信息

采用磁控溅射技术制备了系列Si(111)/Cr(10 nm)/NdCox(400 nm)/Cr(10 nm)薄膜,其中,Co/Nd原子比x=2.5~7.2。利用XRD、SEM、AFM/MFM、VSM等手段研究了Nd含量对制备态薄膜垂直磁各向异性(PMA)与磁畴结构及退火态薄膜相结构与磁性的影响规律。结果表明,随着Nd含量的变化,制备态Nd-Co薄膜的垂直磁各向异性能Ku在x=5.2附近存在一个较宽的峰,峰值处Ku=(80±5) kJ/m3。MFM图像的相移均方根偏差(Δφrms)在临界成分χ=5.2处也存在最大值,其成分依赖关系与Ku-x的变化趋势一致。薄膜应力诱导的磁弹各向异性是导致溅射Nd-Co非晶薄膜PMA的主要原因。经过在600℃真空快速退火后,所有薄膜均析出了Nd2Co17、NdCo2、Nd4Co3等金属间化合物,而NdCo5±x相纳米晶只在Nd过量(至少4%,原子分数)的χ=2.5和3.8薄膜中才被观测到,同时还伴随着Nd2Co7共生相的析出。室温磁性测试结果表明,NdCo5±x和Nd2Co7相纳米晶的析出,导致χ=2.5和3.8薄膜面内矫顽力(分别为Hc-in=54和51 kA/m)显著增强;而x≥4.4样品的面内矫顽力保持在低值(Hc-in=4~8 kA/m)范围内。

关键词：磁性薄膜垂直磁各向异性稀土-过渡族金属合金 NdCo5金属间化合物条纹磁畴

三种Fe基磁性薄膜的磁畴结构、磁各向异性及其高频性质的研究

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三种Fe基磁性薄膜的磁畴结构、磁各向异性及其高频性质的研究

作者：李金财湘潭大学

学位级别：硕士

磁各向异性是磁性薄膜最重要的基本特征之一,它的强度决定了磁性薄膜的自然共振频率。利用传统的调控方法产生一个方向确定的静态磁各向异性。若该薄膜用于高频磁性器件时则表现出明显的方向性,当微波磁场偏离磁各向异性的垂直方向时,... 详细信息

磁各向异性是磁性薄膜最重要的基本特征之一,它的强度决定了磁性薄膜的自然共振频率。利用传统的调控方法产生一个方向确定的静态磁各向异性。若该薄膜用于高频磁性器件时则表现出明显的方向性,当微波磁场偏离磁各向异性的垂直方向时,器件则无法达到最佳性能。然而,利用条纹磁畴的转动磁各向异性可以解决高频电子器件方向性的问题。本论文研究了多晶NiFe磁性薄膜、非晶CoFeB磁性薄膜的制备工艺参数对条纹磁畴结构及其磁性能的影响规律。并为了满足电子器件柔性化的发展需求,利用具有超弹性的聚二甲基硅氧烷衬底结合倾斜溅射与衬底预应变研究了柔性褶皱薄膜的表面形貌、静态及动态磁性能。首先,通过磁控溅射生长多晶的NiFe磁性薄膜,系统地研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律。研究发现,高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度。NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱。其次,利用倾斜磁控溅射的方法制备了非晶CoFeB磁性薄膜,并研究了通过改变倾斜溅射的角度对非晶CoFeB薄膜的磁畴结构、面内磁各向异性及其垂直磁各向异性的影响,并对非晶薄膜出现条纹磁畴结构的原因进行了分析。倾斜溅射可以诱导非晶的CoFeB薄膜出现条纹磁畴结构,并且随着倾斜角度的逐渐增大,薄膜的面内磁各向异性与垂直磁各向异性均呈现增加的趋势。通过对倾斜生长的薄膜进行断面结构分析,结果表明正是由于薄膜具有倾斜柱状结构的形状各向异性,从而导致薄膜的面内磁各向异性与垂直磁各向异性均显著增加。最终,利用具有超弹性的聚二甲基硅氧烷衬底研究了倾斜磁控溅射与衬底预应变对FeCoTa柔性褶皱薄膜的表面形貌、静态与动态磁性能的影响。在预拉伸的PDMS衬底上生长非磁性Ta释放拉伸后诱导形成表面呈现符合正弦函数的褶皱条纹结构。然后垂直于褶皱条纹方向倾斜溅射FeCoTa磁性薄膜,由于表面的褶皱条纹增强了倾斜溅射的自遮挡效应从而导致柔性磁性薄膜单轴各向异性和共振频率的增加。在柔性FeCoTa磁性薄膜中通过增大倾斜溅射角度与衬底预应变可以增强薄膜的单轴磁各向异性,从而致使薄膜的磁化机制偏向于畴壁形核。

关键词：磁性薄膜条纹磁畴磁各向异性共振频率

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Tb/FeCo多层膜的垂直交换偏置效应

安徽工业大学学报（自然科学版） 2017年第1期34卷 28-32页

作者：童六牛李晗飞卜立一高成李婷婷邓鹏安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243032

采用磁控溅射方法,制备结构为Glass/Cu(60 nm)/[Tb(tTb=1.5,3.0 nm)/FeCo(1.5 nm)]5/Ta(10 nm)的两种不同Tb子层厚度的多层膜。采用X射线衍射分析仪、原子力和磁力显微镜、振动样品磁强计对样品的晶体结构、磁畴结构和室温磁性质进行表... 详细信息

采用磁控溅射方法,制备结构为Glass/Cu(60 nm)/[Tb(tTb=1.5,3.0 nm)/FeCo(1.5 nm)]5/Ta(10 nm)的两种不同Tb子层厚度的多层膜。采用X射线衍射分析仪、原子力和磁力显微镜、振动样品磁强计对样品的晶体结构、磁畴结构和室温磁性质进行表征,研究该多层膜系统的垂直磁各向异性和垂直交换偏置效应。X射线衍射分析表明,多层膜中Tb/FeCo界面主要呈非晶或纳米晶态。磁力显微镜结果显示,制备态薄膜均呈现迷宫状条纹磁畴结构。室温磁性测量表明,薄膜的易磁化方向都垂直膜面,垂直矫顽力分别为122和351 kA/m。在由这两种多层膜组合而成的Glass/Cu(60 nm)/[Tb(1.5 nm)/FeCo(1.5 nm)]2/[Tb(3.0 nm)/FeCo(1.5 nm)]5/Ta(10 nm)软磁/硬磁型多层膜中发现交换偏置场为20 kA/m的垂直交换偏置效应,这一效应的发现对Tb/FeCo多层膜在现代超快磁存储器中的应用具有重要意义。

关键词： Tb/FeCo多层膜条纹磁畴垂直交换偏置效应