本文關(guān)鍵詞：Co摻雜對FeN薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響

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【摘要】：FeN化合物在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用方面都是一種重要的材料,尤其是α''-Fe_(16)N_2相具有大飽和磁化強度和大磁晶各向異性,為實現(xiàn)大的磁能積提供了條件,在高密度磁記錄方面具有重要的應(yīng)用,有望替代部分稀土永磁材料、磁頭以及自旋電子器件等。我們采用直流磁控濺射法在玻璃基片上成功制備出Fe、FeN和一系列FeCoN薄膜,之后對樣品進行退火熱處理。用X射線衍射儀和透射電鏡對樣品的結(jié)構(gòu)進行分析,用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡對樣品的形貌進行研究。薄膜的磁疇結(jié)構(gòu)是通過磁力顯微鏡測得,磁滯回線和△M曲線是使用振動樣品磁強計獲得。實驗中我們對比分析了Fe、FeN和FeCoN薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、磁性以及電阻率,并研究了不同Co含量情況下FeCoN薄膜的性能,得到最佳Co含量的FeCoN薄膜,并對其熱穩(wěn)定性進行研究。此外,用△M曲線評價了Fe、FeN和FeCoN薄膜晶粒間的磁相互作用類型。主要實驗結(jié)果如下:(1)在Fe膜中引入適量的N,有α''相出現(xiàn),再摻入一定量的Co后,α''相含量提高。通過對比發(fā)現(xiàn),FeN薄膜摻Co后具有更大的飽和磁化強度和電阻率,分別為2088emu/cm3和455.5μΩ·cm。此外,樣品還具有大的垂直磁各向異性,這也是樣品產(chǎn)生條紋狀磁疇結(jié)構(gòu)的原因;(2)通過對比一系列不同Co含量FeCoN薄膜的結(jié)構(gòu)和性能,發(fā)現(xiàn)Co含量為13.2%的樣品中α''相的含量最大,而且其飽和磁化強度達(dá)到最大,此時樣品的電阻率也較大。表明Co含量為13.2%時,FeCoN薄膜中更有利于生成α''相以及優(yōu)化各種性能,為最佳Co含量;(3)Co含量為13.2%的FeCoN薄膜在不同溫度下退火相同時間,200℃時α''相含量最高,450℃時α''相仍穩(wěn)定存在。室溫時在同樣條件下將FeN和FeCoN薄膜在空氣中暴露一段時間,發(fā)現(xiàn)FeCoN薄膜中α''相更穩(wěn)定。這表明摻Co后α''相的熱穩(wěn)定性得到提高。之后,通過△M曲線分析表明Fe、FeN和FeCoN薄膜均是以晶粒間交換耦合作用為主,這與薄膜的磁疇大于晶粒尺寸相印證。綜上所述,適量的Co摻雜不僅可以提高FeN薄膜中α''相的含量,還可以提高薄膜的磁性、電阻率以及熱穩(wěn)定性,這些優(yōu)異的性能表明α''-(Fe,Co)_(16)N_2薄膜有望替代部分稀土永磁材料,成為有使用價值的新型永磁材料。
【關(guān)鍵詞】：薄膜 飽和磁化強度 磁各向異性 形貌 電阻率
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O614.811;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 綜述10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 FeN二元系統(tǒng)的相結(jié)構(gòu)10-13
• 1.3 α''-Fe_(16)N_2相的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 Fe-M-N三元系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.1 不同摻雜元素M的研究概況15-16
• 1.4.2 Fe-Co-N三元系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀16
• 1.5 本論文的選題意義16-17
• 1.6 本論文的主要工作17-18
• 2 薄膜的制備以及各種表征方法18-26
• 2.1 磁控濺射系統(tǒng)18-19
• 2.2 濺射原理19-20
• 2.3 真空退火爐20-21
• 2.4 薄膜的制備21
• 2.5 薄膜的表征方法21-26
• 3 N和Co摻雜對Fe膜表面形貌及磁性的影響26-34
• 3.1 N和Co摻雜對Fe膜形貌的影響26-27
• 3.2 N和Co摻雜對Fe膜磁性的影響27-32
• 3.2.1 X射線衍射分析27-28
• 3.2.2 透射電子顯微鏡分析28-29
• 3.2.3 原子力顯微鏡和磁力顯微鏡分析29-31
• 3.2.4 磁性分析31-32
• 3.3 電阻率特性32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 4 Co含量變化對FeCoN薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響34-44
• 4.1 Co含量變化對FeCoN薄膜結(jié)構(gòu)的影響34-36
• 4.2 Co含量變化對FeCoN薄膜磁性的影響36-39
• 4.3 FeCoN薄膜垂直磁各向異性的研究39-40
• 4.4 Co含量變化對FeCoN薄膜的形貌影響40-42
• 4.5 不同Co含量FeCoN薄膜的電阻率特性42
• 4.6 本章小結(jié)42-44
• 5 FeCoN薄膜的熱穩(wěn)定性以及晶粒間相互作用的研究44-54
• 5.1 改變退火溫度研究FeCoN薄膜的穩(wěn)定性44-47
• 5.1.1 結(jié)構(gòu)分析44-46
• 5.1.2 磁性分析46-47
• 5.2 室溫下空氣中FeCoN薄膜的穩(wěn)定性研究47-49
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)分析47-48
• 5.2.2 磁性分析48-49
• 5.3 晶粒間的相互作用49-52
• 5.4 本章小結(jié)52-54
• 6 結(jié)論與展望54-56
• 參考文獻56-62
• 致謝62-64
• 附錄 攻讀碩士期間發(fā)表的論文以及參加的學(xué)術(shù)會議64

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本文編號：1026741