掺杂与图案化对Fe基软磁薄膜动态磁性的影响
发布时间：2020-12-01 20:24
铁磁共振以及自旋波共振是铁磁体中磁矩的集体激发模式。软磁薄膜由于具有高共振频率与磁导率等优势,被广泛应用于电子元器件中。近年来,电子元器件逐渐向微型化、高频化、集成化、多频化等方向发展,这对应用其中的软磁薄膜提出了更高的要求。因此,对于软磁薄膜动态磁性,特别是共振频率和磁导率的研究是十分必要的。本论文基于电化学沉积和磁控溅射方法研究了Fe基软磁薄膜的动态磁性。另外,通过图案化设计研究了坡莫合金薄膜的自旋波激发。主要内容如下:1、采用电化学沉积方法研究了C和Ce元素掺杂对FeCo合金薄膜磁性的影响。研究发现改变掺杂浓度可调控样品的晶体结构,并发现掺杂可优化FeCo薄膜的软磁性能,另外电沉积参数对样品的矫顽力、共振频率等具有调控作用。2、利用共溅射方法成功制备了FeNi-MgO颗粒膜,并通过改变MgO溅射功率、倾斜溅射角度以及热处理温度来实现FeNi-MgO动态磁性的调控。结果表明MgO溅射功率能够调控样品的共振频率和阻尼,同时倾斜溅射也是调控样品共振频率的有效方法。并且经由200 oC和500 oC热处理后,磁谱表现为两个共振模式。另外,通过氩...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）自旋行波和（b）自旋驻波
兰州大学博士学位论文掺杂与图案化对Fe基软磁薄膜动态磁性的影响7图1-2（a）磁化强度位于磁性薄膜平面内，在薄膜内部可激发三种模式自旋波：PSSW、MSBVW和DEwave；（b）磁化强度垂直于磁性薄膜平面，在薄膜内部可激发两种模式自旋波：PSSW和MSFVW[98]1.2.4自旋波的探测任何事物的出现与探索都需要经历一定的过程，对于自旋波的探索也遵循这一规律。起初，人们更多的着眼于自旋波的激发，随后如何准确的探测自旋波成为研究者关注的重点。自旋波发展至今，常用的典型探测方法有：1)中子散射[99]：中子是一种较为特殊的核子，不带电荷却具有自旋属性且有很强的穿透性。中子入射到材料中，与材料的晶格、原子等相互作用，最终出射的中子携带有材料的信息。中子散射可探测位于交换作用区的自旋波，并且测试过程中可以转换角度。2)共振吸收法[100-102]：受到微波的扰动，磁矩将会绕着有效场进动，当外加能量与磁矩进动的能量相等时，将发生强烈的共振吸收。共振吸收法需要用微波激发、可探测自旋驻波、探测分辨率高。3)布里渊光散射法（BLS）[103-106]：BLS方法以自旋波的非弹性散射作为探测基矗一束光入射到磁性材料上，光子与磁性材料相互作用，出射光带有磁性材料的信息。BLS是研究磁性薄膜自旋波的一种方便有效的方法。具有可探测整个布里渊区的自旋波谱、测试过程中通过改变散射的几何安排，可以得到不同方向传播的自旋波谱、可同时探测体波（驻波）、表面波和声子激发，探测灵敏度高等优势。与共振吸收法相比，BLS不需要微波激发并且可以探测相同频率不同波矢的自旋波。4)时间分辨的磁光克尔显微镜（TRMOKE方法）[107-109]：TRMOKE方法以磁光克尔效应为基础对磁性薄膜磁矩的动态性能进行探测。具有优异的时间分辨性，可以对
兰州大学博士学位论文掺杂与图案化对Fe基软磁薄膜动态磁性的影响18其中，Nd为退磁因子，是磁化强度矢量与z轴的夹角，Ms是铁磁性材料的饱和磁化强度。当=90o时，磁化强度垂直于z轴，退磁因子为0，退磁能最校当=0o时，磁化强度平行于z轴，此时退磁因子为1，退磁能最大。因此对于无限大均匀薄膜，磁矩分布在薄膜表面内是最稳定的状态，薄膜膜面为易磁化面。图2-1一个磁棒内部和外部的磁化强度分布[3]体退磁场又称为偶极作用等效场，是一种局域的退磁场[4]，它是磁矩空间分布不均匀而产生的，即使在无限大的磁性体系中，在不考虑边界处自由磁极的情况下，它依然是存在的。假设磁化强度是时间和空间的函数，则：()()()000,,ikrkkMrtMmrtMmte=+=+（2-5）在考虑偶极相互作用的情况下，磁矩的进动产生自旋波。由于自旋波的波长比该材料中电磁波的波长大得多。因此麦克斯韦方程中的推迟项Dt可以忽略，则：00dipHB==（2-6）由于()dipB=M+H，则可得到：()2dipH=M（2-7）设()()0,ikrdipdipHrtHte=（2-8）则22dipdipH=kH（2-9）根据式（2-5）和（2-7），有：
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射镀膜的原理与故障研究[J]. 周江. 科技展望. 2015(23)
[2]软磁材料应用研究进展[J]. 湛永钟,潘燕芳,黄金芳,梁江,王肖铮. 广西科学. 2015(05)
[3]磁控溅射技术的原理与发展[J]. 王俊,郝赛. 科技创新与应用. 2015(02)
[4]ESR简介及其应用探讨[J]. 王长轩. 内江科技. 2014(05)
[5]微纳加工领域新著——《微纳加工及在纳米材料与器件研究中的应用》[J]. 钱俊. 物理. 2013(11)
[6]磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J]. 郝晓亮. 电子工业专用设备. 2013(06)
[7]Electron transport properties of magnetic granular films[J]. PENG DongLiang,WANG JunBao,WANG LaiSen,LIU XiaoLong,WANG ZhenWei,CHEN YuanZhi. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2013(01)
[8]新型振动样品磁强计测量材料磁性[J]. 郇维亮,高峰,徐小龙. 实验技术与管理. 2012(02)
[9]电化学沉积法制备薄膜、涂层材料研究进展[J]. 王博,黄剑锋,夏常奎. 陶瓷. 2010(01)
[10]磁性材料新近进展[J]. 都有为. 物理. 2006(09)
博士论文
[1]射频反应磁控溅射制备高频用Fe-N薄膜结构与磁性的研究[D]. 李晓宇.兰州大学 2014
[2]自旋转移矩效应驱动磁性纳米结构的磁化动力学研究[D]. 牟从普.兰州大学 2013
[3]电化学沉积法制备FeCo基软磁薄膜高频磁性的调控[D]. 王振坤.兰州大学 2012
[4]异质结构软磁材料的高频磁特性研究[D]. 柴国志.兰州大学 2012
[5]铁磁金属薄膜的高频性质[D]. 范小龙.兰州大学 2010
硕士论文
[1]软磁薄膜的高频磁性测试方法研究及其在坡莫合金薄膜研究中的应用[D]. 魏晋武.兰州大学 2017
[2]铁镍合金薄膜中的自旋驻波研究[D]. 饶金威.兰州大学 2015
[3]电沉积参数对FeCo基软磁薄膜磁性能的影响[D]. 冯尔玺.兰州大学 2013
[4]微带帖片天线的仿真分析和优化[D]. 夏达.华中科技大学 2007
[5]磁性纳米膜微波磁谱测量系统研究[D]. 彭显旭.华中科技大学 2005
本文编号：2895029
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）自旋行波和（b）自旋驻波
兰州大学博士学位论文掺杂与图案化对Fe基软磁薄膜动态磁性的影响7图1-2（a）磁化强度位于磁性薄膜平面内，在薄膜内部可激发三种模式自旋波：PSSW、MSBVW和DEwave；（b）磁化强度垂直于磁性薄膜平面，在薄膜内部可激发两种模式自旋波：PSSW和MSFVW[98]1.2.4自旋波的探测任何事物的出现与探索都需要经历一定的过程，对于自旋波的探索也遵循这一规律。起初，人们更多的着眼于自旋波的激发，随后如何准确的探测自旋波成为研究者关注的重点。自旋波发展至今，常用的典型探测方法有：1)中子散射[99]：中子是一种较为特殊的核子，不带电荷却具有自旋属性且有很强的穿透性。中子入射到材料中，与材料的晶格、原子等相互作用，最终出射的中子携带有材料的信息。中子散射可探测位于交换作用区的自旋波，并且测试过程中可以转换角度。2)共振吸收法[100-102]：受到微波的扰动，磁矩将会绕着有效场进动，当外加能量与磁矩进动的能量相等时，将发生强烈的共振吸收。共振吸收法需要用微波激发、可探测自旋驻波、探测分辨率高。3)布里渊光散射法（BLS）[103-106]：BLS方法以自旋波的非弹性散射作为探测基矗一束光入射到磁性材料上，光子与磁性材料相互作用，出射光带有磁性材料的信息。BLS是研究磁性薄膜自旋波的一种方便有效的方法。具有可探测整个布里渊区的自旋波谱、测试过程中通过改变散射的几何安排，可以得到不同方向传播的自旋波谱、可同时探测体波（驻波）、表面波和声子激发，探测灵敏度高等优势。与共振吸收法相比，BLS不需要微波激发并且可以探测相同频率不同波矢的自旋波。4)时间分辨的磁光克尔显微镜（TRMOKE方法）[107-109]：TRMOKE方法以磁光克尔效应为基础对磁性薄膜磁矩的动态性能进行探测。具有优异的时间分辨性，可以对
兰州大学博士学位论文掺杂与图案化对Fe基软磁薄膜动态磁性的影响18其中，Nd为退磁因子，是磁化强度矢量与z轴的夹角，Ms是铁磁性材料的饱和磁化强度。当=90o时，磁化强度垂直于z轴，退磁因子为0，退磁能最校当=0o时，磁化强度平行于z轴，此时退磁因子为1，退磁能最大。因此对于无限大均匀薄膜，磁矩分布在薄膜表面内是最稳定的状态，薄膜膜面为易磁化面。图2-1一个磁棒内部和外部的磁化强度分布[3]体退磁场又称为偶极作用等效场，是一种局域的退磁场[4]，它是磁矩空间分布不均匀而产生的，即使在无限大的磁性体系中，在不考虑边界处自由磁极的情况下，它依然是存在的。假设磁化强度是时间和空间的函数，则：()()()000,,ikrkkMrtMmrtMmte=+=+（2-5）在考虑偶极相互作用的情况下，磁矩的进动产生自旋波。由于自旋波的波长比该材料中电磁波的波长大得多。因此麦克斯韦方程中的推迟项Dt可以忽略，则：00dipHB==（2-6）由于()dipB=M+H，则可得到：()2dipH=M（2-7）设()()0,ikrdipdipHrtHte=（2-8）则22dipdipH=kH（2-9）根据式（2-5）和（2-7），有：
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射镀膜的原理与故障研究[J]. 周江. 科技展望. 2015(23)
[2]软磁材料应用研究进展[J]. 湛永钟,潘燕芳,黄金芳,梁江,王肖铮. 广西科学. 2015(05)
[3]磁控溅射技术的原理与发展[J]. 王俊,郝赛. 科技创新与应用. 2015(02)
[4]ESR简介及其应用探讨[J]. 王长轩. 内江科技. 2014(05)
[5]微纳加工领域新著——《微纳加工及在纳米材料与器件研究中的应用》[J]. 钱俊. 物理. 2013(11)
[6]磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J]. 郝晓亮. 电子工业专用设备. 2013(06)
[7]Electron transport properties of magnetic granular films[J]. PENG DongLiang,WANG JunBao,WANG LaiSen,LIU XiaoLong,WANG ZhenWei,CHEN YuanZhi. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2013(01)
[8]新型振动样品磁强计测量材料磁性[J]. 郇维亮,高峰,徐小龙. 实验技术与管理. 2012(02)
[9]电化学沉积法制备薄膜、涂层材料研究进展[J]. 王博,黄剑锋,夏常奎. 陶瓷. 2010(01)
[10]磁性材料新近进展[J]. 都有为. 物理. 2006(09)
博士论文
[1]射频反应磁控溅射制备高频用Fe-N薄膜结构与磁性的研究[D]. 李晓宇.兰州大学 2014
[2]自旋转移矩效应驱动磁性纳米结构的磁化动力学研究[D]. 牟从普.兰州大学 2013
[3]电化学沉积法制备FeCo基软磁薄膜高频磁性的调控[D]. 王振坤.兰州大学 2012
[4]异质结构软磁材料的高频磁特性研究[D]. 柴国志.兰州大学 2012
[5]铁磁金属薄膜的高频性质[D]. 范小龙.兰州大学 2010
硕士论文
[1]软磁薄膜的高频磁性测试方法研究及其在坡莫合金薄膜研究中的应用[D]. 魏晋武.兰州大学 2017
[2]铁镍合金薄膜中的自旋驻波研究[D]. 饶金威.兰州大学 2015
[3]电沉积参数对FeCo基软磁薄膜磁性能的影响[D]. 冯尔玺.兰州大学 2013
[4]微带帖片天线的仿真分析和优化[D]. 夏达.华中科技大学 2007
[5]磁性纳米膜微波磁谱测量系统研究[D]. 彭显旭.华中科技大学 2005
本文编号：2895029
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