本文選題：復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 + 高頻測試��； 參考：《蘭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高,人們對高科技產(chǎn)品的要求也越來越高,這也促使電子科學(xué)技術(shù)和元器件的迅速發(fā)展,尤其是向微型化、薄膜化、集成化和高頻化的方向發(fā)展。以通訊頻段為例,最早使用的通訊系統(tǒng)的頻率一般為900MHz和1.8 GHz,也就是GSM標(biāo)準(zhǔn),或者稱為第二代(2G)移動通訊系統(tǒng),發(fā)展到目前廣泛使用的通訊頻段已經(jīng)達(dá)到了3 GHz和4 GHz。這也對應(yīng)用于其中的磁性功能材料提出了更高的要求。軟磁材料因其在電感和變壓器中的廣泛應(yīng)用而受到關(guān)注。隨著元器件的工作頻率的提高,對軟磁薄膜材料的高頻性能也提出了相應(yīng)的要求,特別是軟磁薄膜材料的高頻磁導(dǎo)率和共振頻率等。因此,對軟磁薄膜的高頻磁性進(jìn)行準(zhǔn)確地表征是該領(lǐng)域亟需解決的重要問題之一。本論文主要圍繞軟磁薄膜的高頻磁性測量與評估這一問題,在對國內(nèi)外軟磁薄膜的高頻磁性測量方法調(diào)研和比較的基礎(chǔ)上,提出了基于電磁感應(yīng)的無需定標(biāo)的高頻磁性測量方法。另外通過高頻磁性測量方法系統(tǒng)地研究了坡莫合金薄膜的高頻磁性。本論文的主要內(nèi)容如下:1、系統(tǒng)地總結(jié)了利用短路微帶線測量軟磁薄膜的高頻磁性的方法,并且對其進(jìn)行了改進(jìn)。利用高頻仿真軟件對短路微帶線夾具進(jìn)行設(shè)計并加工組裝,通過優(yōu)化測試夾具的尺寸參數(shù)和優(yōu)化儀器參數(shù)實(shí)現(xiàn)了對軟磁薄膜在寬頻段的磁譜的準(zhǔn)確測量。另外還提出了一種基于電磁感應(yīng)原理的無需定標(biāo)的磁譜計算方法,在分析過程中只需要給出薄膜樣品的尺寸大小。另外,研究了直角型的共面波導(dǎo)(Coplanar waveguide,簡稱CPW)測試夾具對軟磁薄膜的磁譜的測試結(jié)果,并與短路微帶線夾具的測試結(jié)果進(jìn)行對比。如果在測量磁譜的過程中,給軟磁薄膜樣品施加一個直流偏置磁場,那么就構(gòu)成了用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer,縮寫VNA)測量鐵磁共振的測試方法,可以簡稱為VNA-FMR測試方法。2、利用Top-down方法制備的不同厚度的坡莫合金薄膜。利用VNA-FMR測試方法分別研究了微波磁場在垂直和平行條紋方向上激勵坡莫合金薄膜時的條紋疇結(jié)構(gòu)的高頻磁性。對沿著條紋疇方向的偽動態(tài)單軸各向異性做了詳細(xì)地研究。通過建立一個簡單的物理模型推導(dǎo)出動態(tài)各向異性場的起源。此外,通過磁力顯微鏡的實(shí)時觀測和VNA-FMR方法研究了條紋疇結(jié)構(gòu)在外磁場作用下的轉(zhuǎn)動性質(zhì)。通過轉(zhuǎn)角度的磁譜測量研究了條紋疇結(jié)構(gòu)在任意角度下的高頻磁性。通過建立唯象的物理模型發(fā)現(xiàn)起始磁化率與轉(zhuǎn)動角度之間的關(guān)系可以體現(xiàn)出條紋疇結(jié)構(gòu)中的磁矩分布情況。因此,我們也獲得了一種分析轉(zhuǎn)角度高頻磁譜的理論方法和擬合公式。利用真空熱處理方法研究了坡莫合金薄膜中交換勁度系數(shù)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱處理后的坡莫合金薄膜中條紋疇寬度增大,矯頑力變小,起始磁導(dǎo)率變大等,通過隨機(jī)各向異性模型分析,以及高頻磁譜分析和微磁學(xué)模擬得出真空熱處理可以增強(qiáng)坡莫合金薄膜的交換勁度系數(shù)。3、利用圖案化對坡莫合金薄膜的高頻磁性進(jìn)行調(diào)控。通過VNA-FMR方法研究了坡莫合金薄膜表面的Fe65Co35圓盤陣列修飾對其高頻磁性的影響。結(jié)果表明,不管是方形陣列或者是矩形陣列,不同圓盤密度的表面圖案化修飾可以有效地對坡莫合金薄膜的阻尼進(jìn)行微調(diào),調(diào)控范圍是0.008-0.013之間,而且還可以在不同的外加磁場下調(diào)控阻尼,這個結(jié)果對于實(shí)際的應(yīng)用是很有價值的。此外,又通過VNA-FMR方法研究了反盤結(jié)構(gòu)的坡莫合金薄膜的高頻磁性。結(jié)果表明反盤結(jié)構(gòu)的坡莫合金薄膜具有比較豐富的共振模式。4、基于自旋霍爾效應(yīng)通過電學(xué)方法來調(diào)控軟磁薄膜的鐵磁共振。首先,通過VNA-FMR方法研究了Pt/Permalloy雙層薄膜中的自旋泵浦效應(yīng),以此證明在我們制備的Pt/Permalloy雙層薄膜樣品中自旋流可以通過其界面互相注入。在測量樣品磁譜的過程中給樣品通入毫安級別的直流電流。結(jié)果表明,利用自旋霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的自旋流對坡莫合金薄膜的鐵磁共振的阻尼系數(shù)有很小程度的調(diào)控作用。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of the social economy and the improvement of the quality of life, the demand for high-tech products is becoming higher and higher. This also promotes the rapid development of Electronic Science and technology and components, especially in the direction of miniaturization, film, integration and high frequency. The frequency of the communication band is the first frequency of the communication system. The rate is generally 900MHz and 1.8 GHz, that is, the GSM standard, or the second generation (2G) mobile communication system, and the widely used communication band has reached 3 GHz and 4 GHz., which also raises higher requirements for the magnetic functional materials used in it. With the increase of the working frequency of the components, the high frequency performance of the soft magnetic thin film materials is also required, especially the high frequency permeability and resonance frequency of the soft magnetic thin film materials. Therefore, the accurate characterization of the high frequency magnetic properties of the soft magnetic thin film is one of the most important problems to be solved in this field. On the basis of investigation and comparison of high frequency magnetic measurement methods of soft magnetic thin films at home and abroad, a high frequency magnetic measurement method based on electromagnetic induction is proposed, and the high frequency magnetic properties of permalloy thin film are systematically studied by high frequency magnetic measurement. The main contents of this paper are as follows: 1, the method of measuring the high frequency magnetic properties of the soft magnetic thin film by short circuit microstrip line is systematically summarized and improved. The short circuit microstrip line fixture is designed and fabricated by using the high frequency simulation software. The soft magnetic field is realized by optimizing the size parameters of the test fixture and optimizing the instrument parameters. The accurate measurement of the magnetic spectrum in the wide band is also given. In addition, a magnetic spectrum calculation method based on the electromagnetic induction principle is also proposed. In the analysis process, only the size of the film sample is required. In addition, the magnetic spectrum of the Coplanar waveguide, CPW test fixture for the soft magnetic thin film is studied. The test results are compared with the test results of the short circuited microstrip line fixture. If a DC bias magnetic field is applied to the soft magnetic film samples in the process of measuring the magnetic spectrum, a test method for measuring ferromagnetic resonance with the vector network analyzer (Vector Network Analyzer, abbreviated VNA) can be referred to as the VNA-FMR test method for short. .2, the different thickness of permalloy films prepared by Top-down method is used to study the high frequency magnetic properties of the stripe domain structure when the microwave magnetic field is excited in the vertical and parallel stripe directions. The pseudo dynamic uniaxial anisotropy along the direction of the stripe domain is studied in detail. A simple physical model is established to derive the origin of the dynamic anisotropic field. In addition, the rotational properties of the stripe domain structure under the external magnetic field are studied by the real time observation and VNA-FMR method of magnetic force microscope. The high frequency magnetic properties of the fringe domain structure at any angle are studied by the magnetic spectrum measurement of the rotating angle. The physical model found that the relationship between the initial magnetic susceptibility and the rotation angle can reflect the magnetic moment distribution in the fringe domain structure. Therefore, we have also obtained a theoretical method and a fitting formula for analyzing the high frequency magnetic spectrum of the rotating angle. The results show that the width of stripe domain in the permalloy film after heat treatment increases, the coercivity becomes smaller and the initial permeability becomes larger. Through the analysis of the random anisotropy model, the high frequency magnetic spectrum analysis and the micromagnetic simulation, the vacuum heat treatment can enhance the exchange stiffness coefficient.3 of the permalloy film, and use the patterning to make the permalloy thin. The influence of the Fe65Co35 disc array modification on the surface of the permalloy film on the high frequency magnetic properties is studied by VNA-FMR method. The results show that the surface patterning of different disk densities can effectively adjust the damping of the permalloy film, regardless of the square array or rectangular array. The control range is between 0.008-0.013, and the damping can be controlled under different external magnetic fields. This result is of great value for practical application. In addition, the high frequency magnetic properties of the ppermalloy thin film with reverse disk structure are studied by VNA-FMR method. The results show that the permalloy film with the reverse disk structure has a relatively rich resonance mode. .4, based on the spin Holzer effect, regulates ferromagnetic resonance in a soft magnetic thin film by an electrical method. First, the spin pump effect in a Pt/Permalloy double layer thin film is studied by VNA-FMR method, which proves that the spin flow can be injected into the Pt/Permalloy bilayer thin film samples. The results show that the spin current produced by the spin Holzer effect has a small control effect on the damping coefficient of the ferromagnetic resonance of the permalloy film.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O484

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本文編號：2031724