微磁器件用FeCoNbB软磁薄膜制备与结构性能研究

admin · 发表于 2023-10-19 17:47:32

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信息产业的高速发展推动了电子设备向高集成度、高性能、高频化方向发展，磁性器件作为电子设备的重要组成部分，只有其实现小型化、高频化才能满足以上要求，这对磁性材料的研究和使用性能提出了更高要求。其中FeCo基非晶软磁薄膜不仅能满足磁性器件小型化的需求，并且具有饱和磁化强度高、矫顽力低、易诱导产生面内各向异性等优点，在小型高频器件中具有广阔应用前景，成为当今研究热点。然而在FeCo基薄膜中，垂直各向异性的产生不仅降低了薄膜软磁性能，且给器件使用引入噪音，因此抑制和降低垂直各向异性，提高薄膜软磁性能，并实现对薄膜面内各向异性的调控具有重要意义。本文利用磁控溅射法制备了FeCoNbB薄膜，研究了Nb含量对薄膜结构与各向异性的影响，研究了溅射气压、热处理温度、基片温度、衬底层等因素对薄膜垂直各向异性、结构、矫顽力的影响，探讨该各向异性的起源机制；进行了薄膜面内软磁性能受基片温度、Si元素添加等因素影响的研究，分析了偏置磁场对于诱导薄膜面内各向异性的作用。对FeCoNbB薄膜结构与磁性能受Nb含量变化的影响表明，Nb元素添加能细化晶粒，提高薄膜非晶形成能力，当Nb含量高于8 at.%时，薄膜为非晶态；随着Nb含量增加，非晶态薄膜的垂直各向异性与面内各向异性均降低。室温沉积薄膜的垂直各向异性主要起源于磁弹耦合效应，该各向异性随热处理温度升高而降低，在250˚C热处理后基本消失。进一步研究表明，对于提高基片温度所得薄膜，原子柱状排列导致的形状各向异性为垂直各向异性的主导机制，该各向异性随着基片温度的提高而增大，当热处理温度高于基片温度时消失。厚度为1845 nm的非晶态Co衬底层使FeCoNbB薄膜矫顽力增大；6290 nm厚的Co衬底层微弱晶化，使薄膜矫顽力下降；而860 nm厚的非晶态Ta层对薄膜磁性能几乎没有影响。对1.3 Pa下沉积的薄膜研究发现，Si含量小于11 at.%时薄膜的矫顽力有所下降，适当提高基片温度有利于软磁性能提高。添加偏置磁场沉积，能诱导薄膜产生面内各向异性，易磁化轴平行于偏置磁场。Nb含量为10 at.%的FeCoNbB薄膜其面内各向异性在偏置磁场为40 Oe时达到饱和，同一偏置磁场下薄膜的面内各向异性场随Nb含量增加而减小。

微磁器件用FeCoNbB软磁薄膜制备与结构性能研究

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