直流磁控溅射法制备FeCoZrN薄膜及性能的表征

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随着磁性元件不断的向微型化、集成化、高频化方向发展,具有优良性能的软磁薄膜材料得到了深入的研究,并在记录磁头、垂直磁记录媒介、薄膜变压器以及电感器件等方面得到了广泛的应用。这些软磁薄膜材料必须具有高的饱和磁化强度(Ms)、低矫顽力(Hc)、较高的电阻率(ρ)、适当的各向异性场(Hk)以及良好的热稳定性等。  Fe1-xCox(0.3<x<0.4)合金由于具有非常高的饱和磁化强度而备受关注,但是在这一成分范围内的Fe-Co合金具有较高的磁晶各向异性和较大的磁致伸缩系数,导致其并不能获得很好的软磁性能。研究发现,N元素添加到Fe-Co合金薄膜中,能够降低矫顽力,改善其软磁性;Zr元素的添加则能够降低合金的磁致伸缩系数。因此本文研究了FeCoZrN薄膜的结构和性能。  应用直流反应磁控溅射法,以Fe65Co35合金靶材、Zr块为溅射材料,N2为反应气体,Ar为溅射气体,制备了(Fe65Co35)ZrN软磁薄膜,并对其结构、表面形貌、磁性能以及电性能进行表征。  具体的研究结果如下:  (1) Zr元素含量为8.7%的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜,饱和磁化强度(Ms)随着N2/(N2+Ar)流量比(N2%)的增大而减小,当N2%为15%时薄膜的矫顽力最小为11.68Oe,电阻率则随着N2%值的增大而增大。  (2)N2%为15%的Zr元素掺杂量不同的(Fe65Co35)ZrN薄膜,饱和磁化强度(Ms)随着Zr掺杂量的增多而减小,矫顽力和电阻率都随之逐渐增大,总体来看Zr块数量为1时,薄膜的综合性能最好。  (3)N2%为15%的厚度不同的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜,饱和磁化强度(Ms)的值随着薄膜厚度的增加基本不发生什么变化,矫顽力随之逐渐减小,电阻率则随之逐渐增大,总体来看溅射时间为30min时,薄膜的综合性能最好。  (4)N2%为15%的衬底温度不同的(Fe65Co35)91.3Zr8.7N薄膜,饱和磁化强度(Ms)的值随着衬底温度的增大而增大,矫顽力则随之先增大后减小,但是矫顽力的数值仍然比室温时制备的薄膜矫顽力大,电阻率则随之先增大后减小,总体来看在室温下制备的薄膜综合性能最好。
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