隨著信息技術(shù)的進(jìn)步,微波材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在社會的各個領(lǐng)域,磁性材料形成了“高頻”、“寬帶”的必然發(fā)展趨勢。在這方面,鐵磁金屬薄膜由于具有厚度薄、磁導(dǎo)率高的特性受到越來越多的關(guān)注。但磁性金屬仍存在兩大缺陷。一方面,表面電導(dǎo)率太高,容易導(dǎo)致微波阻抗失配,從而影響微波性能;另一方面,鐵磁薄膜的磁性能可控性較差,難以通過鍍膜工藝調(diào)整磁參數(shù)。在新興技術(shù)中,通過圖形化設(shè)計可切段表面電流,降低表面電導(dǎo)率,而通過不同圖案和層間耦合有望實現(xiàn)磁性能可調(diào),是解決鐵磁薄膜材料“高頻”、“寬帶”、“高電阻率”問題的關(guān)鍵技術(shù)。本項目基于此,以FeCoBSi鐵磁薄膜為研究對象,展開了對鐵磁薄膜的圖案優(yōu)化設(shè)計、實驗制備、磁性能研究等方面的研究,旨在通過圖形化實現(xiàn)對其共振頻率和高頻磁導(dǎo)率的有效調(diào)控。本文首先利用磁控濺射技術(shù)制備了一系列不同厚度的連續(xù)FeCoBSi薄膜,并對其靜態(tài)及動態(tài)微波磁性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,在沉積FeCoBSi薄膜過程中外加誘導(dǎo)磁場不但可以誘導(dǎo)面內(nèi)單軸各向異性,還會將其面內(nèi)各向異性場束縛在一個很小的變化范圍內(nèi),從而導(dǎo)致其共振頻率隨厚度變化的幅度有限。為了實現(xiàn)大幅調(diào)節(jié)薄膜共振頻率的目的,隨后利用開源微磁學(xué)仿真軟件OOMMF開展了對微米級圖形化鐵磁薄膜的仿真設(shè)計。在對條紋圖案的仿真研究中發(fā)現(xiàn),具有形狀各向異性的條紋單元會顯著增大薄膜的面內(nèi)各向異性場,通過改變條紋的寬度、磁性相比例以及薄膜厚度均可以實現(xiàn)對其微波磁導(dǎo)率及共振頻率的大幅度調(diào)控。但是,由于條紋圖形化后的鐵磁薄膜磁性相的減少,飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率都會相應(yīng)降低,隨后對FeCoBSi條紋圖形化的實驗結(jié)果也驗證了仿真的正確性。為了實現(xiàn)“寬帶”的目的,以組合條紋圖案進(jìn)行了仿真設(shè)計研究。仿真結(jié)果顯示,通過對不同寬度條紋的合理組合可以實現(xiàn)磁譜的多峰共振,各峰由不同寬度條紋分別激發(fā)。此外,通過調(diào)節(jié)組合條紋圖形化單元中不同寬度條紋的數(shù)目比,還可以實現(xiàn)對各峰峰值的有效調(diào)控,數(shù)目比越高,共振峰越強(qiáng)。對FeCoBSi組合條紋的實驗制備研究也觀察到了由共振峰疊加導(dǎo)致的共振頻帶展寬現(xiàn)象。總之,通過圖形化設(shè)計可以實現(xiàn)對鐵磁薄膜共振頻率的大幅調(diào)節(jié)和展寬共振頻帶。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TB383.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 磁性薄膜材料的應(yīng)用背景
    1.2 金屬鐵磁薄膜研究現(xiàn)狀
        1.2.1 磁性顆粒膜
        1.2.2 磁性多層膜
        1.2.3 磁性圖形化膜
    1.3 本論文研究意義和主要內(nèi)容
第二章 磁性薄膜材料基礎(chǔ)及制備表征方法
    2.1 技術(shù)磁化
        2.1.1 疇壁位移磁化機(jī)制
        2.1.2 疇轉(zhuǎn)磁化機(jī)制
    2.2 動態(tài)磁化
        2.2.1 復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率
        2.2.2 動態(tài)磁化疇壁位移共振
        2.2.3 動態(tài)磁化磁疇自然共振
    2.3 微磁學(xué)簡介
        2.3.1 微磁學(xué)中的能量形式
        2.3.2 OOMMF仿真軟件簡介
    2.4 鐵磁薄膜制備方法
    2.5 薄膜圖形化工藝
        2.5.1 光刻工藝
        2.5.2 刻蝕工藝
        2.5.3 剝離工藝
    2.6 鐵磁薄膜表征手段
        2.6.1 臺階儀與掃描電子顯微鏡
        2.6.2 X射線衍射儀
        2.6.3 鐵磁薄膜靜磁參數(shù)表征
        2.6.4 鐵磁薄膜微波磁導(dǎo)率測試系統(tǒng)
    2.7 本章小結(jié)
第三章 連續(xù)FeCoBSi薄膜制備及其電磁性能研究
    3.1 連續(xù)FeCoBSi薄膜制備研究
        3.1.1 FeCoBSi薄膜制備工藝
        3.1.2 FeCoBSi薄膜厚度及成分分析
        3.1.3 FeCoBSi薄膜晶體結(jié)構(gòu)與電性能分析
    3.2 膜厚對FeCoBSi薄膜靜磁參數(shù)的影響
    3.3 膜厚對FeCoBSi薄膜微波磁導(dǎo)率的影響
    3.4 外加誘導(dǎo)磁場對FeCoBSi薄膜磁性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 圖形化鐵磁薄膜的微磁學(xué)仿真
    4.1 OOMMF實現(xiàn)磁譜仿真的方法
    4.2 條紋圖形化鐵磁薄膜的磁譜仿真
        4.2.1 條紋寬度的影響
        4.2.2 條紋間距的影響
        4.2.3 條紋厚度的影響
        4.2.4 條紋參數(shù)對突破斯洛克極限能力的影響
    4.3 組合條紋圖形化薄膜仿真設(shè)計
        4.3.1 數(shù)目比為1的組合條紋設(shè)計
        4.3.2 組合條紋多峰共振的優(yōu)化
    4.4 方孔陣列圖形化的仿真設(shè)計
        4.4.1 方孔尺寸大小對磁譜的影響
        4.4.2 厚度對方孔陣列磁譜的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 圖形化FeCoBSi薄膜的實驗制備及磁性能研究
    5.1 FeCoBSi圖形化薄膜制備工藝
    5.2 單一條紋圖形化FeCoBSi薄膜的磁性能研究
        5.2.1 條紋圖形化薄膜形貌分析
        5.2.2 條紋圖形化FeCo BSi薄膜靜磁性能研究
        5.2.3 條紋圖形化FeCo BSi薄膜微波性能研究
    5.3 組合條紋圖形化FeCoBSi薄膜的磁性能研究
        5.3.1 雙組合條紋的實驗制備及性能研究
        5.3.2 多組合條紋的頻帶展寬效應(yīng)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士期間取得的與學(xué)位論文相關(guān)的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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1 馬強(qiáng);江建軍;別少偉;杜剛;馮則坤;何華輝;;CoFeB/MgO不連續(xù)多層納米軟磁薄膜微波電磁特性[J];物理學(xué)報;2008年10期

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本文編號：2849407