本文關(guān)鍵詞：Gd-Fe多層薄膜制備及其交換耦合作用研究

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【摘要】：稀土磁性功能薄膜因其優(yōu)異的綜合性能,而備受青睞。近年來,隨著薄膜制備工藝的進(jìn)一步開發(fā),稀土磁性功能薄膜開始較為廣泛地應(yīng)用于錄音、錄像技術(shù),計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理,科學(xué)研究以及軍事等許多領(lǐng)域。在眾多稀土元素中,Gd元素有著非常奇特的性質(zhì),其7個(gè)軌道上每個(gè)軌道有一個(gè)電子,是稀土元素中最大數(shù)的不成對(duì)電子。依存這個(gè)不成對(duì)電子形成的磁力矩巨大,這一特性如果能有效利用的話,將帶來巨大的使用價(jià)值。Gd元素有著較大的磁矩但是其居里溫度較低(290K),而Fe元素有著較高的居里溫度(1043K)但是其磁矩較小。因此如果能夠?qū)⑦@兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來,將會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)通過直流磁控濺射法制備Gd-Fe多層膜,通過XRD、VSM、SQUID、掃描電鏡(SEM)、高分辨透射電鏡(FETEM)等分析設(shè)備,系統(tǒng)研究了濺射氣壓、生長時(shí)間、襯底溫度、生長方式對(duì)于單層Gd膜晶體結(jié)構(gòu)的影響;同時(shí)研究了不同Gd厚度對(duì)于Gd-Fe雙層膜、Fe-Gd-Fe三層膜磁性能的影響,通過以上手段來對(duì)Gd/Fe之間的耦合作用進(jìn)行深入探究:(1)在Ta過渡層上生長的Gd薄膜的最佳生長氣壓為0.4Pa,在該氣壓下得到的Gd薄膜成晶性較好。而更大的生長氣壓會(huì)導(dǎo)致薄膜中出現(xiàn)較多的面心立方(fcc)相,而這一相是我們不希望得到的相;最佳的生長功率為21W,過大或者過小的生長功率都不利于Gd薄膜中六方密排相的生成以及成晶性的提高;間隔生長(每濺射60s間斷60s)對(duì)于提高fcc和hcp相的成晶性都有好處。(2)襯底溫度的增加并沒有促進(jìn)hcp相的生成,反而加速了fcc相的長大,當(dāng)襯底溫度升高到350℃,fcc相由常溫下的38%增加到了80%。實(shí)驗(yàn)中制備得到的Gd(100nm)/Fe(45nm)雙層膜在高溫下產(chǎn)生了交換耦合作用,其居里轉(zhuǎn)變溫度(650K)相比于Gd的居里溫度(290K)而言有了明顯提高;在常溫下,隨著襯底溫度的升高,雙層膜的飽和磁化強(qiáng)度Mmax呈現(xiàn)升高趨勢;而在低溫下(50K),隨著襯底溫度的升高,雙層膜的飽和磁化強(qiáng)度Mmax呈現(xiàn)減小的趨勢。(3)Fe層上生長的Gd膜則傾向于以fcc(111)的取向不斷生長,并且兩者之間在高溫下無耦合;隨著Gd膜厚度的增加,膜整體的飽和磁化強(qiáng)度有下降的趨勢;Gd層較薄(25nm)的樣品中,磁化強(qiáng)度隨磁場的增大呈逐漸上升的趨勢,是因?yàn)轳詈蠎B(tài)層在整個(gè)膜中所占的比例較多;而較厚的樣品的磁化強(qiáng)度則在很小的磁場下瞬時(shí)達(dá)到最大值后幾乎不再增長。
【關(guān)鍵詞】：磁控濺射 多晶 稀土磁性薄膜 多層膜
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 引言10-13
• 1.1.1 磁性材料的分類及應(yīng)用10
• 1.1.2 磁性薄膜材料10-11
• 1.1.3 稀土磁性功能薄膜材料11
• 1.1.4 自旋閥和磁隧道結(jié)系統(tǒng)11-12
• 1.1.5 稀土-3d過渡金屬多層薄膜12-13
• 1.2 課題背景13-16
• 1.2.1 外斯分子場理論13-14
• 1.2.2 海森堡交換作用理論14
• 1.2.3 RKKY交換作用理論14-16
• 1.3 技術(shù)背景16-18
• 1.3.1 磁性薄膜材料與磁控濺射16-17
• 1.3.2 濺射基本原理-輝光放電與濺射過程17-18
• 1.4 文獻(xiàn)綜述18-21
• 1.5 選題意義與課題特色21-22
• 1.6 課題目標(biāo)22-23
• 2 實(shí)驗(yàn)方案23-35
• 2.1 本課題的主要研究內(nèi)容23
• 2.2 研究方案23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理24-27
• 2.3.1 薄膜的制備24-25
• 2.3.2 直流磁控濺射25-26
• 2.3.3 薄膜的熱處理26-27
• 2.4 測試儀器及原理27-35
• 2.4.1 薄膜厚度測量27-29
• 2.4.2 薄膜結(jié)構(gòu)分析29-30
• 2.4.3 薄膜磁性能分析30-32
• 2.4.4 薄膜微觀形貌分析32-35
• 3 單層Gd膜的制備及工藝參數(shù)探究35-43
• 3.1 薄膜的生長過程35-36
• 3.2 濺射氣壓對(duì)單層Gd膜生長情況的影響36-38
• 3.3 生長厚度對(duì)單層Gd膜生長情況的影響38-40
• 3.4 生長方式對(duì)單層Gd膜生長情況的影響40-41
• 3.5 襯底溫度對(duì)單層Gd膜生長情況的影響41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 雙層Gd/Fe薄膜的制備及磁性能研究43-51
• 4.1 不同Gd厚度雙層Gd/Fe薄膜的制備及測試43-45
• 4.2 不同襯底溫度對(duì)于Gd/Fe雙層薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響45-48
• 4.3 不同襯底溫度對(duì)于Gd/Fe雙層薄膜磁性能的影響48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 5 三層Fe/Gd/Fe薄膜的制備及磁性能研究51-54
• 5.1 三層膜相結(jié)構(gòu)分析51
• 5.2 三層膜磁性能分析51-53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果60-61
• 附錄: 符號(hào)說明61-62
• 致謝62

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