AlN壓電薄膜及AlN/FeNi異質(zhì)結的制備和性能研究
發(fā)布時間：2021-01-10 02:35
氮化鋁（A1N）薄膜材料作為一種被廣泛研究的Ⅲ-Ⅴ族化合物,因其具有良好的壓電性、良好的熱穩(wěn)定性和較高的機電耦合系數(shù)等優(yōu)點,使其在磁記錄、傳感技術和高頻聲波諧振器等微機電系統(tǒng)（MEMS）被廣泛研究和應用。A1N壓電薄膜對于制備工藝參數(shù)非常敏感,因此高質(zhì)量的A1N壓電薄膜的制備并沒有成熟的標準工藝參數(shù)。我們嘗試利用結合了磁控濺射和反應濺射優(yōu)點的反應磁控濺射來實現(xiàn)室溫下快速生長出高質(zhì)量的A1N壓電薄膜。利用反磁電耦合效應,高質(zhì)量的A1N壓電薄膜在電壓的作用下產(chǎn)生形變可以調(diào)控磁性層的磁矩的取向,可實現(xiàn)對信息低功耗和非揮發(fā)的記錄和存儲。本文主要研究了高質(zhì)量C軸擇優(yōu)取向A1N壓電薄膜的制備和AlN/FeNi異質(zhì)結的界面性質(zhì)以及電場調(diào)控AlN/FeNi異質(zhì)結的磁矩翻轉,主要包括以下兩點：首先在高真空下利用反應磁控濺射在corning玻璃上制備出C軸取向的A1N薄膜,隨后利用自旋波共振技術研究了壓電/鐵磁AlN/FeNi和FeNi/AIN異質(zhì)結的界面特性。當在樣品面內(nèi)加磁場時,共振波譜上除了觀察到正常的鐵磁共振吸收峰外,還觀察到表面自旋波共振。在低溫下觀察到了高階自旋波,而且當外加磁場轉離樣品的垂直...
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１物質(zhì)磁性的來源??
峰變?nèi)醯默F(xiàn)象。??據(jù)此，下一步固定結晶性較好的瓣射功率２００?Ｗ，氣體流量不變的條件下，??改變瓣射氣壓繼續(xù)制備Ａ１Ｎ壓電薄膜。薄膜的Ｘ射線衍射圖譜如下圖３．３?（ｂ）??所示。由圖可Ｗ看出，當瓣射氣壓為０．６化時，樣品呈現(xiàn)出較好的（００２）取向，??但依然有很弱的（１０３）衍射峰出現(xiàn)。當進一步提高漉射氣壓為０．８?Ｐａ和１．０?Ｐａ??時，（００２）衍射峰會變?nèi)酰敫邔捵兇�，并且會伴隨者許多其他雜峰的出現(xiàn)。??相對于０．４?Ｐａ時制備的樣品，０．６化時樣品表現(xiàn)出（００２）的擇優(yōu)取向，這是起??因于氣壓增大后離子的平均自由程減小也就是說合成的Ａ１Ｎ分子不再具有??非常高的能量足Ｗ破壞己沉積在襯底上的（００２）取向的Ａ１Ｎ薄膜，Ｘ射線衍射??圖上就表現(xiàn)出更強的（００２）衍射峰，同時（１０３）峰變?nèi)�。繼續(xù)増加繊射氣壓，??單位區(qū)域內(nèi)粒子的數(shù)量會非常大，相互碰撞的概率增大，電離的氮離子和被其轟??擊出的鉛原子ｔＵ及二者相互結合的Ａ１Ｎ分子的能量都會降低，那么沉積在襯底??上時由于能量較低不能遷移到能量較低的區(qū)域
?Ａ?ｒｆｌ?ｒ??圖４．１?ＭＯＫＥ測量的示意圖??ＭＯＫＥ測量的樣品示意圖如圖４．１所示，我們在制備異質(zhì)結之前先在玻璃襯??底上瓣射５?ｎｍ的Ｃｕ作為下電極，然后在制備完成異質(zhì)結后在ＦｅＮｉ上瓣射１０?ｎｍ??的金屬電極Ｔａ作為上電極。ＸＲＤ的測量結果表明ＡＩＮ的擇優(yōu)取向依然是Ｃ軸??取向，而且制備的異質(zhì)結依然具有四重磁各向異性。那么我們定義樣品的下面為??正極后在Ａ１Ｎ的（００２）方向即垂直膜面方向施加不同的電壓，Ａ１Ｎ壓電層會在??電壓的作用下產(chǎn)生形變，根據(jù)電磁調(diào)控的第Ｈ種方式－應力調(diào)控磁矩翻轉，形變??的磁致伸縮薄膜ＦｅＮｉ會發(fā)生磁矩的翻轉。圖４．２為測量的ＭＯＫＥ磁滯回線。由??測量的結果可Ｗ看出，當電場為０Ｖ時，磯矩待在一個易軸方向，磁滯回線呈現(xiàn)??矩形的形狀。電場為２．５?ＭＶ／ｃｍ時磁滯回線幾乎沒有任何的變化，然后加大電場，??磁滯回線還是呈現(xiàn)矩形的形狀。隨后施加負電壓時可レッ看出回線的形狀是一樣??的。而且各個不同電壓下測得的回線的矯頑力Ｈｅ隨著電場的變化也是幾乎沒有??變化，如圖４．３所示。??－４２－??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]直流磁控濺射制備AlN薄膜的結構和表面粗糙度[J]. 鄒文祥,賴珍荃,劉文興. 光子學報. 2011(01)
[2]磁阻隨機存取存儲器（MRAM）的原理與研究進展[J]. 吳曉薇,郭子政. 信息記錄材料. 2009(02)
[3]高密度磁記錄介質(zhì)的穩(wěn)定性問題及研究進展[J]. 郭子政. 信息記錄材料. 2009(01)
[4]多鐵性磁電復合薄膜[J]. 何泓材,林元華,南策文. 科學通報. 2008(10)
[5]直流磁控反應濺射制備（002）擇優(yōu)取向AlN薄膜[J]. 王質(zhì)武,劉文,楊清斗,衛(wèi)靜婷. 人工晶體學報. 2006(05)
[6]信息存儲技術的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 張立. 信息記錄材料. 2006(05)
[7]直流磁控反應濺射制備硅基AlN薄膜[J]. 于毅,趙宏錦,高占友,任天令,劉理天. 壓電與聲光. 2005(01)
[8]磁記錄技術的新發(fā)展[J]. 孫維平. 信息記錄材料. 2004(01)
本文編號：2967888
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１物質(zhì)磁性的來源??
峰變?nèi)醯默F(xiàn)象。??據(jù)此，下一步固定結晶性較好的瓣射功率２００?Ｗ，氣體流量不變的條件下，??改變瓣射氣壓繼續(xù)制備Ａ１Ｎ壓電薄膜。薄膜的Ｘ射線衍射圖譜如下圖３．３?（ｂ）??所示。由圖可Ｗ看出，當瓣射氣壓為０．６化時，樣品呈現(xiàn)出較好的（００２）取向，??但依然有很弱的（１０３）衍射峰出現(xiàn)。當進一步提高漉射氣壓為０．８?Ｐａ和１．０?Ｐａ??時，（００２）衍射峰會變?nèi)酰敫邔捵兇�，并且會伴隨者許多其他雜峰的出現(xiàn)。??相對于０．４?Ｐａ時制備的樣品，０．６化時樣品表現(xiàn)出（００２）的擇優(yōu)取向，這是起??因于氣壓增大后離子的平均自由程減小也就是說合成的Ａ１Ｎ分子不再具有??非常高的能量足Ｗ破壞己沉積在襯底上的（００２）取向的Ａ１Ｎ薄膜，Ｘ射線衍射??圖上就表現(xiàn)出更強的（００２）衍射峰，同時（１０３）峰變?nèi)�。繼續(xù)増加繊射氣壓，??單位區(qū)域內(nèi)粒子的數(shù)量會非常大，相互碰撞的概率增大，電離的氮離子和被其轟??擊出的鉛原子ｔＵ及二者相互結合的Ａ１Ｎ分子的能量都會降低，那么沉積在襯底??上時由于能量較低不能遷移到能量較低的區(qū)域
?Ａ?ｒｆｌ?ｒ??圖４．１?ＭＯＫＥ測量的示意圖??ＭＯＫＥ測量的樣品示意圖如圖４．１所示，我們在制備異質(zhì)結之前先在玻璃襯??底上瓣射５?ｎｍ的Ｃｕ作為下電極，然后在制備完成異質(zhì)結后在ＦｅＮｉ上瓣射１０?ｎｍ??的金屬電極Ｔａ作為上電極。ＸＲＤ的測量結果表明ＡＩＮ的擇優(yōu)取向依然是Ｃ軸??取向，而且制備的異質(zhì)結依然具有四重磁各向異性。那么我們定義樣品的下面為??正極后在Ａ１Ｎ的（００２）方向即垂直膜面方向施加不同的電壓，Ａ１Ｎ壓電層會在??電壓的作用下產(chǎn)生形變，根據(jù)電磁調(diào)控的第Ｈ種方式－應力調(diào)控磁矩翻轉，形變??的磁致伸縮薄膜ＦｅＮｉ會發(fā)生磁矩的翻轉。圖４．２為測量的ＭＯＫＥ磁滯回線。由??測量的結果可Ｗ看出，當電場為０Ｖ時，磯矩待在一個易軸方向，磁滯回線呈現(xiàn)??矩形的形狀。電場為２．５?ＭＶ／ｃｍ時磁滯回線幾乎沒有任何的變化，然后加大電場，??磁滯回線還是呈現(xiàn)矩形的形狀。隨后施加負電壓時可レッ看出回線的形狀是一樣??的。而且各個不同電壓下測得的回線的矯頑力Ｈｅ隨著電場的變化也是幾乎沒有??變化，如圖４．３所示。??－４２－??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]直流磁控濺射制備AlN薄膜的結構和表面粗糙度[J]. 鄒文祥,賴珍荃,劉文興. 光子學報. 2011(01)
[2]磁阻隨機存取存儲器（MRAM）的原理與研究進展[J]. 吳曉薇,郭子政. 信息記錄材料. 2009(02)
[3]高密度磁記錄介質(zhì)的穩(wěn)定性問題及研究進展[J]. 郭子政. 信息記錄材料. 2009(01)
[4]多鐵性磁電復合薄膜[J]. 何泓材,林元華,南策文. 科學通報. 2008(10)
[5]直流磁控反應濺射制備（002）擇優(yōu)取向AlN薄膜[J]. 王質(zhì)武,劉文,楊清斗,衛(wèi)靜婷. 人工晶體學報. 2006(05)
[6]信息存儲技術的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 張立. 信息記錄材料. 2006(05)
[7]直流磁控反應濺射制備硅基AlN薄膜[J]. 于毅,趙宏錦,高占友,任天令,劉理天. 壓電與聲光. 2005(01)
[8]磁記錄技術的新發(fā)展[J]. 孫維平. 信息記錄材料. 2004(01)
本文編號：2967888
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