近年來,電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,磁電子器件也朝著微小型化、高頻化、高度集成化的方向產(chǎn)生了巨大的變革。為了適應(yīng)日新月異的國防電子及衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展需求,新型磁材料/結(jié)構(gòu)的工作頻率,信號強(qiáng)度和集成化程度亟需進(jìn)一步提升。而各類磁電子器件中,基于磁性薄膜制備的器件具有空間占有體積小這一明顯優(yōu)勢。通常情況下,其性能的調(diào)控可由磁性薄膜材料、結(jié)構(gòu)的選取以及工藝參數(shù)的改變來實(shí)現(xiàn),操作簡易靈活,在微波/毫米波段的應(yīng)用備受矚目。其中,金屬軟磁薄膜的飽和磁化強(qiáng)度4πM_s和鐵磁共振(FMR)頻率f_(FMR)較高,磁導(dǎo)率μ較大,理論實(shí)驗(yàn)探究及應(yīng)用已較為深入廣泛。通過改變薄膜厚度等工藝參數(shù),即可實(shí)現(xiàn)對其飽和磁化強(qiáng)度、共振頻率、鐵磁共振線寬等磁性能的調(diào)控。與此同時,自旋波共振理論被提出以來,大量科學(xué)研究表明,磁性薄膜的自旋波共振(非一致進(jìn)動模式)頻率相比鐵磁共振(一致進(jìn)動)頻率有顯著提升,且自旋波理論對薄膜表界面等問題的探究也具有十分重要的意義。因此,自旋波模式的激發(fā)是一種能切實(shí)有效調(diào)控薄膜磁性能的方法,也成為了相關(guān)領(lǐng)域目前的熱點(diǎn)課題。綜上所述,本文從實(shí)現(xiàn)可行性、難易程度及研究前景等方面綜合考慮,選用鐵磁/反鐵磁(FM/AF)多層薄膜結(jié)構(gòu),利用FeMn對NiFe薄膜表面電子自旋的釘扎來激發(fā)自旋波共振。本文采用直流磁控濺射法在7×7mm2Si(111)基片上制備薄膜,系統(tǒng)研究了不同F(xiàn)M、AF層厚度的NiFe單層納米薄膜、NiFe/FeMn雙層薄膜、FeMn/NiFe/FeMn三層薄膜的微觀形貌、靜磁性能和微波磁性能,借助原子力顯微鏡(AFM)、振動樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)及電子順磁共振(EPR)波譜儀,對其形貌和性能進(jìn)行表征與測試。其中,FM層厚度范圍為20~70nm,AF層厚度為3~15nm。此外,還利用角分辨X射線光電子能譜(ARXPS)研究了NiFe和FeMn薄膜在自然環(huán)境下的表面氧化層厚度。首先,在自然環(huán)境下,NiFe和FeMn薄膜均易被氧化,選取20°、35°、45°、60°、75°、90°為掠射角,進(jìn)行ARXPS定量分析,研究發(fā)現(xiàn):Ni、Fe、Mn的主要氧化物分別為NiO、Fe_2O_3、MnO_2。隨著掠射角增大,探測深度增加,各元素的單質(zhì)含量增多,對應(yīng)氧化物含量減少。采用最小二乘法線性擬合,最終得到NiFe薄膜中的Ni、Fe以及FeMn薄膜中的Fe、Mn的氧化層厚度分別為:0.43nm、0.71nm、0.74nm、0.90nm。其次,對NiFe膜厚不同的NiFe單層膜、NiFe/FeMn(5nm)雙層膜、FeMn(5nm)/NiFe/FeMn(5nm)三層膜的磁性能及表面電子自旋釘扎技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明,在相同結(jié)構(gòu)的同一組薄膜內(nèi),薄膜的飽和磁化強(qiáng)度隨著NiFe膜厚的增大而整體上升。而就不同薄膜結(jié)構(gòu)的三組樣品整體而言,經(jīng)釘扎后的薄膜共振場明顯較小,且雙邊釘扎比單邊釘扎的共振場下降更為明顯,但相應(yīng)的飽和磁化強(qiáng)度整體卻略有下降,交換偏置現(xiàn)象也不甚明顯。這是由于自旋波激勵產(chǎn)生的有效交換場增大,即利用FeMn薄膜對NiFe表面電子自旋進(jìn)行釘扎,有效激發(fā)了自旋波共振,若在外加穩(wěn)恒磁場一定的情況下,則表現(xiàn)為共振頻率的提高。此外,還發(fā)現(xiàn)薄膜的靜磁性能和線寬均與薄膜質(zhì)量、生長過程中造成的表面粗糙度變化有關(guān)。最后,對FeMn膜厚不同的NiFe(40nm)/FeMn雙層膜、FeMn/NiFe(40nm)/FeMn三層膜的磁性能及表面電子自旋釘扎技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明,在相同結(jié)構(gòu)的同一組薄膜內(nèi),飽和磁化強(qiáng)度隨著FeMn厚度的增大呈現(xiàn)出整體下降的趨勢,二者的矯頑力則均為先增大后減小,存在峰值。對于雙層膜樣品,在反鐵磁層即FeMn薄膜厚度為t_(AF)=3nm時,由于覆蓋層太薄且未引入緩沖層改善成膜質(zhì)量,磁滯回線表現(xiàn)出的軟磁性能較差。而相比于雙層膜整體而言,三層膜的交換偏置場H_(ex)有略微的上升,但數(shù)值依然較小,不足以產(chǎn)生明顯的交換偏置現(xiàn)象或足夠大的有關(guān)的各向異性。隨著FeMn厚度的增大,兩組薄膜的共振場都逐漸下降,并且雙邊釘扎的共振場依然低于單邊釘扎。此外,雖然三層膜的表面粗糙度變化最為穩(wěn)定,數(shù)值也最小,但其整體線寬卻較高,這與其薄膜結(jié)構(gòu)帶來的界面耦合有關(guān)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O482.5;TB383.2
【部分圖文】：

NiFe 薄膜的磁滯回線 M-H

磁矩的拉莫進(jìn)動

μ''-H型磁譜圖像
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉飛;方柏山;;克氏肺炎桿菌NiFe-氫酶基因的克隆與序列分析[J];生物工程學(xué)報;2007年01期

2 卡馬勒·托克達(dá)爾汗;拜山·沙德克;;磁性多層膜中保護(hù)層厚度對磁性層NiFe的影響[J];新疆大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年03期

3 鄧亦然;劉和樁;;NiFe納米管反磁化機(jī)制的微磁學(xué)模擬與研究[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年19期

4 張秀成,周世昌;NiFe和NiFe/Cr/NiFe薄膜的磁電阻特性與膜厚關(guān)系[J];材料科學(xué)進(jìn)展;1993年05期

5 劉俊,鄭瑞倫,陳希明,董會寧;Nb含量對納米級NiFe薄膜ρ和磁電阻的影響[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年12期

6 蘭天石;徐晶晶;李曦;徐艷;;淀粉-NiFe水滑石復(fù)合物的制備及吸附性能研究[J];山東化工;2019年19期

7 張文強(qiáng);張德遠(yuǎn);;片形NiFe-硅藻土磁性復(fù)合微粒制備與表征[J];功能材料;2015年17期

8 丁海洋;盧世剛;闞素榮;張向軍;楊娟玉;;低溫體系中鋁電解用NiFe合金陽極的研究[J];稀有金屬;2011年01期

9 湯如俊;張萬里;張文旭;彭斌;;菱形NiFe薄膜單元的自發(fā)磁化及剩磁狀態(tài)的研究[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2007年01期

10 余晉岳,朱軍,周狄,錢建國,蔡炳初,趙小林;微細(xì)條形NiFe薄膜元件在磁化和反磁化過程中磁疇結(jié)構(gòu)的變遷過程[J];功能材料;2000年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李千利;[FeFe]-及[NiFe]-氫化酶活性中心仿生化學(xué)研究[D];南開大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鐘秋雨;NiFe納米膜的表面電子自旋釘扎技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2019年

2 劉明博;納米盤狀NiFe磁體的微磁學(xué)研究[D];吉林大學(xué);2006年

3 余新斌;NiFe雙金屬催化劑月桂酸甲酯加氫脫氧性能研究[D];天津大學(xué);2015年

4 姚遠(yuǎn);NiFe多層膜磁電阻特性與表征[D];山東師范大學(xué);2015年

5 畢永民;NiFe基三元水滑石析氧反應(yīng)實(shí)驗(yàn)與理論的研究[D];北京化工大學(xué);2017年

6 武世祥;NiFe薄膜各向異性磁電阻研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 段本生;NiFe和NiFe-Cu-NiFe巨磁阻抗薄膜的制備與性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

8 余濤;NiFe薄膜AMR效應(yīng)及器件化的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

9 徐景;NiFe基軟磁薄膜的微波電磁性能研究[D];西南科技大學(xué);2015年

10 劉桐源;NiFe基微球形層狀復(fù)合氫氧化物—氧化物的制備及析氧性能研究[D];北京化工大學(xué);2017年

本文編號：2835964