【摘要】：隨著微波技術(shù)的發(fā)展,下一代微波器件,如環(huán)行器、隔離器、移相器和濾波器等,要求應(yīng)用于其中的鐵氧體材料具有片式、非互易、自偏置、低損耗等特點。而磁鉛石型(M型)鋇鐵氧體(BaFe12O19,BaM)薄膜由于具有較高的飽和磁化強度、強的單軸磁晶各向異性場、高電阻率和介電常數(shù)、良好的化學穩(wěn)定性和機械強度等特點,被認為是下一代微波鐵氧體器件中最具應(yīng)用潛力的材料。因此,研究并制備出具有強單軸磁晶各向異性場、高飽和磁化強度、高剩磁比和低鐵磁共振線寬的BaM鐵氧體薄膜是目前的熱點之一。本論文基于射頻磁控濺射法制備BaM鐵氧體薄膜,從實驗入手對BaM鐵氧體薄膜的制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)、磁性能以及薄膜的殘余應(yīng)力做了詳細研究和討論,并在此基礎(chǔ)上制備出了具有強單軸磁晶各向異性場、高飽和磁化強度、高剩磁比和低鐵磁共振線寬的BaM鐵氧體薄膜。主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下:1、采用射頻磁控濺射法,在Si(100)基片上直接濺射沉積BaM鐵氧體薄膜,探索了制備c軸垂直膜面取向的BaM鐵氧體薄膜的優(yōu)化工藝參數(shù),結(jié)果表明:適宜的濺射功率、濺射氣壓和基片溫度可以使濺射粒子獲得足夠的能量在基底表面進行遷移,并運動到合適的位置形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),而過高或過低的濺射功率、濺射氣壓和基片溫度會導致薄膜內(nèi)部缺陷增多,生成的晶粒大小不均勻,薄膜的平整度和c軸垂直膜面取向下降;濺射過程中通入適量的氧氣,會影響薄膜中Fe元素的離子價態(tài)和氧空位的數(shù)量,進而影響薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和磁性能。當采用如下優(yōu)化的工藝參數(shù):濺射功率為140 W,濺射氣壓為1.4 Pa,氧分壓為1%,基底溫度為300℃,并在空氣中于800℃退火2 h,所沉積制備出的BaM鐵氧體薄膜具有較好的顯微結(jié)構(gòu)和c軸垂直膜面取向。2、研究了不同類型的基片和緩沖層對BaM鐵氧體薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響,結(jié)果表明:不同于Si(100)基片,選用熱氧化SiO2/Si(100)或單晶Al2O3(001)基片作為基底能夠有效阻止基片與BaM鐵氧體薄膜之間的原子擴散,進而改善薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和磁性能;通過在薄膜與基片之間引入一層20 nm左右的AlN(001)或BaM薄層作為緩沖層,可以使薄膜中c軸垂直膜面取向的片狀晶粒增加,進而顯著提高薄膜的c軸垂直膜面取向。3、采用拉曼光譜分析儀和XRD分析了在不同基片和緩沖層上沉積制備的BaM鐵氧體薄膜,結(jié)果表明:通過在薄膜與基片之間引入一層20 nm左右的BaM薄層作為自緩沖層,所制備得到的BaM/BaM(20 nm)/Al2O3(001)和BaM/BaM(20 nm)/SiO2/Si(100)薄膜的拉曼光譜中并未出現(xiàn)E1g散射峰,表明薄膜均為高度c軸垂直膜面取向;對比經(jīng)過800℃退火和未經(jīng)退火的BaM/BaM(20 nm)/Al2O3(001)薄膜的拉曼光譜,證實了未經(jīng)退火的BaM/BaM(20 nm)/Al2O3(001)薄膜并非完全處于非晶無序狀態(tài),而是存在一些短程有序的微晶。這些短程有序的微晶尺寸大小為10~40 nm,它們的取向決定了在后續(xù)的退火過程中所生成晶粒的晶體結(jié)構(gòu)和c軸取向。4、研究了不同厚度BaM鐵氧體薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和磁性能,并對不同厚度BaM鐵氧體薄膜中的殘余應(yīng)力進行了計算和形成機制分析,結(jié)果表明:當薄膜厚度≤150nm時,薄膜中的殘余應(yīng)力以外延壓應(yīng)力為主,表現(xiàn)為壓應(yīng)力,此時“基底效應(yīng)”較強,在界面處易誘生出與基底相同取向的晶粒,因此薄膜中的晶粒沿c軸垂直膜面取向生長,薄膜具有高度的c軸垂直膜面取向和良好的外延織構(gòu);隨著薄膜厚度的增加,薄膜中產(chǎn)生的缺陷、位錯、氧空位等數(shù)量增多,外延應(yīng)力逐漸得到釋放減小,而本征應(yīng)力則逐漸增大,薄膜中生成的c軸隨機取向晶粒逐漸增多;當薄膜厚度≥200 nm時,薄膜中的殘余應(yīng)力以本征應(yīng)力為主,表現(xiàn)為張應(yīng)力,生成的c軸隨機取向的晶粒進一步增多,導致薄膜的c軸垂直膜面取向降低,磁性能變差。5、采用分層濺射和先退火工藝在Al2O3(001)基片上制備出(BaM/BaM)n(n=1~7)多層薄膜,研究了多層薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和磁性能之間的關(guān)系。XRD和FESEM分析表明多層膜中絕大多數(shù)的晶粒為均勻的片狀晶粒,且具有高度的c軸垂直膜面取向。通過對(BaM/BaM)n(n=1~7)多層膜的靜態(tài)磁性能和微波性能進行測試,結(jié)果表明:多層薄膜的飽和磁化強度(Ms)為320~345 k A/m,剩磁比(Mr/Ms)為0.81~0.92,在55~67 GHz范圍內(nèi)的鐵磁共振線寬(△H)為1.51~3.50 kA/m(或19~44 Oe)。其中,當n=1時,得到的BaM薄膜在67 GHz時鐵磁共振線寬有最小值,僅為1.51 kA/m;當n=7時,得到的(BaM/BaM)n多層膜厚度可達1050 nm左右,且具有較高的飽和磁化強度(Ms=335 kA/m)和剩磁比(Mr/Ms=0.81),在67 GHz時鐵磁共振線寬為2.08 kA/m。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳國光;;聚酯及其薄膜研發(fā)應(yīng)用新進展[J];信息記錄材料;2011年06期

2 賴高惠;薄膜與涂層[J];材料保護;2001年08期

3 李竹影;章銘亮;羅珊;;摻鎳氧化鎢鉬薄膜的阻抗特性[J];海軍工程大學學報;2009年02期

4 李立;權(quán)建洲;陶波;;膜電極薄膜層合同步補償控制方法研究[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2012年03期

5 崔鳳輝,M.A.Chesters;鉀薄膜中俄歇電子的非彈性平均自由程[J];分析試驗室;1991年01期

6 李玉慶;耐熱高聚物熱解石墨薄膜的研制[J];碳素;1990年02期

7 Т.Н.ШУШНОВА,王建榮;帶薄膜層的合纖絲織物連接強力的預測[J];國外紡織技術(shù);1999年02期

8 姜莉;劉奎仁;簡小琴;王恩德;;光催化抗菌薄膜的制備與性能研究[J];分析儀器;2007年03期

9 張偉;吳耀根;段富華;廖凱明;;功能化薄膜發(fā)展戰(zhàn)略[J];塑料制造;2013年06期

10 周紅;余森江;張永炬;蔡萍根;;楔形鐵薄膜的制備及內(nèi)應(yīng)力釋放模式研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年S2期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張俊平;張理;陳萍;;菁染料薄膜溶劑效應(yīng)的研究[A];中國感光學會第六次全國感光（影像）科學大會暨第五屆青年學術(shù)交流會論文摘要集[C];2001年

2 申玉雙;伊贊荃;王紅;;溶膠-水熱法制備納米氧化鎂薄膜的研究[A];第十三屆全國電子顯微學會議論文集[C];2004年

3 龍素群;輝永慶;鐘志京;;TiO_2薄膜的制備及甲醛的光催化降解[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

4 楊杰;時新紅;趙麗濱;;Al-Mylar層合薄膜力學性能試驗測試[A];北京力學會第17屆學術(shù)年會論文集[C];2011年

5 黃文裕;;用快原子轟擊質(zhì)譜法研究Si_3N_4-GaAs薄膜的深度分布[A];中國電子學會生產(chǎn)技術(shù)學會理化分析四屆年會論文集下冊[C];1991年

6 張東波;魏悅廣;;薄膜/基體的熱失配致界面層裂研究[A];損傷、斷裂與微納米力學進展：損傷、斷裂與微納米力學研討會論文集[C];2009年

7 張化福;劉漢法;祁康成;;p-SiTFT柵絕緣層用SiN薄膜的制備與研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集（1）[C];2007年

8 張素英;范濱;程實平;凌潔華;周詩瑤;王葛亞;施天生;鮑顯琴;;用(XRD)和(TEM)研究碲化物薄膜附著牢固度與其顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系[A];'99十一�。ㄊ校┕鈱W學術(shù)會議論文集[C];1999年

9 郝俊杰;李龍土;徐廷獻;;基片種類及梯度燒成對PZT薄膜表面形貌的影響[A];中國硅酸鹽學會2003年學術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

10 吳傳貴;劉興釗;張萬里;李言榮;;非制冷紅外探測器用BST薄膜的制備與性能研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 ;非PVC醫(yī)用輸液袋共擠薄膜的生產(chǎn)[N];中國包裝報;2005年

2 山東 李永強;蜆華C138TA微波爐的信號薄膜排線故障處理[N];電子報;2009年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 盧雙贊;氧化亞鐵薄膜及其吸附的酞菁氧鈦分子的STM研究[D];中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所);2015年

2 蘇玲;堿木質(zhì)素-PVA基交聯(lián)薄膜的制備與性能研究[D];東北林業(yè)大學;2015年

3 黃立靜;金屬復合雙層/多層透明導電薄膜的制備及其光電性能研究[D];江蘇大學;2015年

4 張潤蘭;多鐵性YMnO_3、YFeO_3的結(jié)構(gòu)及磁電性能研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

5 單麟婷;基于溶膠凝膠法制備SnO_2薄膜光電特性研究[D];東北大學;2014年

6 洪敦華;雙鈣鈦礦LaBaCo_2O_(5+δ)薄膜的制備及其氧敏性質(zhì)研究[D];電子科技大學;2014年

7 武全萍;納米α-Fe_2O_3薄膜可控制備與光解水制氫研究[D];天津大學;2015年

8 云宇;Bi_6Fe_(2-x)Co_xTi_3O_(18)外延單晶薄膜的生長和分析表征[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

9 李妍;二維微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移及初步應(yīng)用[D];東北大學;2015年

10 許志勇;M型鋇鐵氧體薄膜顯微結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究[D];電子科技大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 張洪瑞;La_(1-x)Sr_xCoO_3外延薄膜反常磁性研究[D];河北大學;2015年

2 劉侃;α-Fe_2O_3薄膜的表面修飾及其光電催化性能研究[D];天津理工大學;2015年

3 李曉婷;入射光和結(jié)構(gòu)色耦合效應(yīng)對彩色Ti0_2薄膜上客體分子的光富集作用[D];上海師范大學;2015年

4 劉文龍;Bi_(1-x)RE_xFe_(1-y)TM_yO_3/NiFe_2O_4（RE=Sm,Sr;TM=Cr,Mn）薄膜的制備及多鐵性研究[D];陜西科技大學;2015年

5 吳曉平;基于層層自組裝法制備CNT薄膜及其壓阻傳感性能研究[D];青島理工大學;2015年

6 史志天;化學氣相沉積法制備二硫化鉬薄膜及電學性能表征[D];北京有色金屬研究總院;2015年

7 溫占偉;基于CuPc的有機二極管與場效應(yīng)管薄膜封裝技術(shù)研究[D];蘭州大學;2015年

8 何維;完全醇解型PVA包裝薄膜的耐水性研究[D];湖南工業(yè)大學;2015年

9 陳德方;PET基透明柔性LaB_6薄膜的制備及其光學性能研究[D];山東大學;2015年

10 朱泯西;激光轉(zhuǎn)移銅錫單IMC薄膜工藝及與銅錫薄膜界面行為[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

，

本文編號：2410834