溅射FeSiAl合金薄膜的结构及软磁性能
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《磁控溅射CrAlSiN膜层制备及综合性能研究》一、引言随着现代工业技术的不断发展,材料表面性能的改进和优化已成为提高产品性能和使用寿命的关键。
磁控溅射技术作为一种先进的薄膜制备技术,在材料科学领域得到了广泛的应用。
本文以CrAlSiN膜层为研究对象,通过磁控溅射技术制备该膜层,并对其综合性能进行深入研究。
二、磁控溅射CrAlSiN膜层制备1. 材料选择与设备准备本实验选用高纯度的Cr、Al、Si和N等靶材作为溅射原料。
设备采用磁控溅射镀膜机,具有高溅射速率、低损伤等特点。
2. 制备工艺流程(1)清洗基底:将基底(如不锈钢、铝合金等)进行清洗,去除表面油污和杂质。
(2)预处理:对清洗后的基底进行预处理,如抛光、蚀刻等,以提高基底与膜层的结合力。
(3)磁控溅射:将靶材放置于镀膜机中,调整好溅射参数(如功率、气压、溅射时间等),进行磁控溅射。
(4)后处理:溅射完成后,对膜层进行适当的后处理,如退火、氧化等,以提高膜层的性能。
三、CrAlSiN膜层综合性能研究1. 结构与形貌分析采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段,对CrAlSiN膜层的结构和形貌进行分析。
结果表明,CrAlSiN膜层具有致密的晶体结构,表面平整度较高。
2. 机械性能研究通过硬度测试、耐磨性测试等方法,对CrAlSiN膜层的机械性能进行研究。
结果表明,该膜层具有较高的硬度和良好的耐磨性,可有效提高基底的表面硬度和使用寿命。
3. 耐腐蚀性能研究在模拟实际使用环境条件下,对CrAlSiN膜层的耐腐蚀性能进行测试。
结果表明,该膜层具有较好的耐腐蚀性能,可在恶劣环境下保持良好的性能。
4. 热稳定性研究通过高温测试等方法,对CrAlSiN膜层的热稳定性进行研究。
结果表明,该膜层具有较高的热稳定性,可在高温环境下保持稳定的性能。
四、结论本文通过磁控溅射技术成功制备了CrAlSiN膜层,并对其综合性能进行了深入研究。
结果表明,该膜层具有致密的晶体结构、较高的硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性能及热稳定性。
用磁控溅射制备薄膜材料的概述用磁控溅射制备薄膜材料的概述1.引言溅射技术属于PVD(物理气相沉积)技术的一种,是一种重要的薄膜材料制备的方法。
它是利用带电荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点,将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电极(阴极),并将靶材原子溅射出来使其沿着一定的方向运动到衬底并最终在衬底上沉积成膜的方法。
磁控溅射是把磁控原理与普通溅射技术相结合利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹,以此改进溅射的工艺。
磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段。
2.溅射技术的发展1852年,格洛夫(Grove)发现阴极溅射现象,从而为溅射技术的发展开创了先河。
采用磁控溅射沉积技术制取薄膜是在上世纪三四十年代开始的,但在上世纪70年代中期以前,采蒸镀的方法制取薄膜要比采用磁控溅射方法更加广泛。
这是凶为当时的溅射技术140刚起步,其溅射的沉积率很低,而且溅射的压强基本上在lpa以上但是与溅射同时发展的蒸镀技术由于其镀膜速率比溅射镀膜高一个数量级,使得溅射镀膜技术一度在产业化的竞争中处于劣势溅射镀膜产业化是在1963年,美国贝尔实验室和西屋电气公司采用长度为10米的连续溅射镀膜装置,镀制集成电路中的钽膜时首次实现的。
在1974年,由J.Chapin发现了平衡磁控溅射后,使高速、低温溅射成为现实,磁控溅射更加快速地发展起来。
溅射技术先后经历了二级、三级和高频溅射。
二极溅射是最早采用,并且是目前最简单的基本溅射方法。
二极溅射方法虽然简单,但放电不稳定,而且沉积速率低。
为了提高溅射速率以及改善膜层质量,人们在二极溅射装置的基础上附加热阴极,制作出三极溅射装置。
然而像这种传统的溅射技术都有明显的缺点:1).溅射压强高、污染严重、薄膜纯度差2).不能抑制由靶产生的高速电子对基板的轰击,基片温升高、淀积速率低3).灯丝寿命低,也存在灯丝对薄膜的污染问题3.磁控溅射的原理:磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。
非晶合金薄膜的制备及其磁性能研究随着科学技术的不断进步,材料科学领域的新材料研究不断涌现。
非晶合金材料是一类具有独特性能的新材料,其具有优异的力学性能、磁性能、化学性能和导电性能等,广泛应用于能源、磁记录、传感器、电子器件等领域。
而非晶合金薄膜作为一种非常重要的非晶合金材料,其优越的性能在各种微电子器件、存储器件、传感器等高科技领域得到了广泛的应用。
本文将从非晶合金薄膜制备和磁性能研究两个方面进行探讨。
一、非晶合金薄膜的制备非晶合金薄膜是由金属元素或合金元素组成的非晶态材料,通常其组成元素在原子序数较大的元素中选择。
由于非晶合金薄膜的制备比较困难,其制备方法多种多样。
其中最主要的包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、电化学沉积法、熔融法等。
1.物理气相沉积法物理气相沉积法是最常用的一种制备非晶合金薄膜的方法之一。
在该方法中,金属原料(通常为成分摩尔比较为精确的混合物)先经过加热,使其形成蒸汽状,然后在真空或惰性气体的保护下沉积在基板表面。
其主要优点是生产过程简单、生产效率高、膜质优异、易于实现连续生产等。
2.磁控溅射法磁控溅射法是基于溅射磁体产生的电场或磁场对金属靶材的成分、结构和形态进行调控的一种制备方法。
其原理是通过高能离子轰击金属靶,使得靶表面产生粒子的溅射,并沉积在基板上。
磁控溅射法具有制备温度低、成膜速度快、色散小、可控性好、成膜质量高等优点。
3.电化学沉积法电化学沉积法是在电场作用下,溶液中的离子在基板表面上沉积形成薄膜的一种制备方法。
电化学沉积法具有制备成本低、操作简单、成膜速度快等优点。
二、非晶合金薄膜的磁性能研究非晶合金薄膜的磁性能是其应用的重要因素之一。
非晶合金薄膜具有高饱和磁感应强度和低矫顽力等特点,因此在磁记录、传感器和电感等领域应用广泛。
1.磁性能的测量常用的磁性能测量方法有霍尔效应法、磁滞回线法、贝克曼法等。
其中,霍尔效应法简单、快速且准确度较高,是目前应用最广泛的测量方法之一。
磁控溅射磁性薄膜成分含量和均匀性控制摘要:用轮番溅射工艺在多靶磁控溅射设备上制备了SmCo薄膜。
通过改变Sm,Co纯金属靶的溅射时间间隔和溅射功率来调整薄膜的化学成分和均匀性。
实验表明,可以通过调整溅射电流来优化薄膜的化学成分。
沿垂直膜面俄歇电子(AES)逐层分析证明,优化溅射工艺制备的薄膜化学成分分布均匀。
电子衍射表明薄膜溅射态为非晶结构,经过400℃退火处理,薄膜开始晶化。
VSM分析表明溅射态的薄膜为软磁特征。
晶化后的薄膜表现为硬磁特征,450℃退火时薄膜的矫顽力最大,达80 320 A/m。
薄膜呈现一定的各向异性。
关键词:磁性薄膜;磁控溅射;化学成分;对磁性薄膜广泛而深入的研究,促进了磁电子学的发展。
通过各种工艺手段已制备出各种不同的软磁和硬磁薄膜。
在磁记录、微型传感器和微型永磁马达等方面磁性薄膜得到了广泛的应用。
在各种制备工艺中,磁控溅射由于其工艺稳定,效率高,薄膜质量好,设备价格适中而受到重视。
一般情况下,磁性薄膜的制备大多采用2种类型的靶,1种是粉末烧结制备的单相合金靶(如SmCo烧结永磁体)。
但由于不同的金属有不同的溅射速率,溅射成薄膜的化学组成可能会偏离靶材的化学组成。
另1种是将2种金属简单叠加组成复合靶,这种方法不能很精确控制薄膜的化学成分,增加了薄膜制备的难度。
本实验用纯金属Sm和Co做靶材,在磁控溅射过程中通过调整2个靶相应的溅射功率和溅射时间间隔来控制薄膜的化学成分和均匀性。
制备的SmCo薄膜再进行不同温度退火处理可以得到不同的磁性能。
1、试验方法为制备SmCo合金磁性薄膜,先准备纯度为99.99%以上的Sm,Co的纯金属靶材。
溅射设备为6靶多电源,基板为水冷可转动与6个靶位相对。
在溅射过程中本底真空度为2×10-4Pa,Ar压力为0.6 Pa。
通过调节电源的电流来改变溅射的功率,以达到控制薄膜的成分。
用基板在靶材上停留的时间来控制薄膜成分的均匀性。
用俄歇谱仪(AES)分析垂直薄膜方向的成分分布。
Fe: SmCo(Cr)薄膜的结构、磁性能与磁光克尔效应汪文文,方庆清,王丹丹,杨景景(安徽大学物理与材料科学学院,安徽省信息材料与器件重点实验室,安徽合肥 230039)摘 要:利用脉冲激光沉积工艺,分别在单晶Si(100)衬底和玻璃(SiO2)衬底上制备Fe:SmCo/Cu(Cr)薄膜,研究了Fe掺杂对SmCo薄膜结构、磁性能与磁光效应的影响。
实验发现,衬底对Fe掺杂SmCo薄膜性能有很大影响,Si衬底薄膜的矫顽力和饱和磁化强度均优于玻璃衬底样品;同时退火温度也会影响Fe掺杂SmCo薄膜形貌及磁性能,高温退火后,SmCo衍射峰得到了增强,尤其是SmCo5的(001)、(002)和(003)衍射峰最为明显,这是由于高温退火后Cu(111)衍射峰增强的缘故。
同时发现,退火后的SiO2衬底与Si衬底样品的磁性和磁光效应均得到增强,但SiO2衬底的矫顽力H c变化更明显,这是因为较高的表面应力会导致样品的矫顽力增强。
因此可以通过调节Fe含量来控制样品的磁光性能,这就为优化SmCo薄膜作为磁光存储介质的性能指出了一个研究方向。
关键词:SmCo薄膜;Fe掺杂;结构;磁性能;磁光效应中图分类号:TM273; O484.4+3 文献标识码:A 文章编号:1001-3830(2015)06-0016-05 Microstructure, magnetic and magneto-opticalproperties of Fe-doped SmCo filmsWANG Wen-wen, FANG Qing-qing, WANG Dan-dan, YANG Jing-jingSchool of Physics and Material Science, Anhu Key Laboratory of InformationMaterials and Devices, Anhui University, Hefei 230039, ChinaAbstract:SmCo/Cu, SmCo/Cu/Cr and Fe-doped SmCo films were prepared on glass and Si(100) substrates by pulsed laser deposition, and the microstructure, magnetic and magnetooptical properties of Fe doped SmCo films were researched. The experiments show that the substrates can greatly affect the magnetic properties of film samples, and the corcivity and saturation magnetization of films deposited on Si substrates are better than that on glass subatrates. It is also found that the surface morphology and magnetic properties of Fe:SmCo films were influenced by the temperature annealing and experiments show that the X-ray diffraction peaks of SmCo are enhanced, especially for (001), (002) and (003) peaks, due to the enhancement of Cu(111) peaks after annealing. Moreover, the MOE of the both samples on glass and Si substrates is enhanced after annealing, respectively, even the coercivity of films on glass substrates is better than that on Si substrate, due to the higher surface stress resulting from a stronger coercivity. The Fe content can be adjusted to control the magneto-optical performance of the sample, indicating a research odirection for optimizing the property of SmCo film as the magneto optical storages.Key words: SmCo film; Fe-doping; microstructure; magnetism; magnetooptical Kerr effect1 引言自从1960年代末被发现以来,SmCo合金得收稿日期:2015-05-12 修回日期:2015-06-21基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目( 20093401110004);安徽省教育厅重点科学基金资助项目(20120168)通讯作者:方庆清 E-mail: ******************到了广泛深入的研究。
收稿日期:2003-06-10作者简介:张 榕,等(1976- ),女,江苏盐城人,上海海运学院基础科学部讲师,硕士,研究方向为半导体材料。
文章编号:1000-5188(2003)04-0378-0004FeSiAl 合金磁性薄膜的制备与研究张 榕, 裔国瑜, 任洪梅, 阎 明(上海海运学院基础科学部,上海200135)摘 要:用X-射线衍射,扫描电子显微镜研究了直流磁控溅射法制备的FeSiAl 合金薄膜。
用振动样品磁强计测量了薄膜的磁性能。
主要研究了热处理对薄膜的结构和磁性能的影响。
结果表明随着退火温度的升高,薄膜的X 衍射峰(220)逐步尖锐化,矫顽力不断减小,磁性能有了较大的提高。
关键词:FeSiAl 薄膜;直流磁控溅射;热处理中图分类号:O469 文献标识码:APreparation and Investigation of Magnetic Sendust Alloy Thin FilmsZHANG Rong, YI Guo -yu, REN H ong -mei, YAN Ming(Basic Science Department,SM U.,Shang hai 200135,China)Abstract :The m agnetic FeSiAl films prepared by DC mag netron sputtering have been studied using X -ray diffraction and SEM.T he mag netic properties of FeSiAl films have been measured by using VSM.It is show nthat w ith advancing annealing tem perature,the peak of preferred (220)orientation is higher and sharper,the coercivity of the film is smaller.The m agnetic properties are better after annealing.Key words:FeSiAl films;DC magnetron sputtering;annealing0 引 言高密度、大容量和高可靠性是现代磁记录技术发展的趋势与中心任务。
磁控溅射法生长Fe膜及其性质分析一、磁控溅射技术磁控溅射技术是一种通过磁场控制电子的轨迹,使得金属靶材的表面产生离子化现象,并被沉积在衬底上的一种金属薄膜制备技术。
磁控溅射技术具有精准控制成膜速率、组成成分以及深度分布特性等优点,因此在微电子、光电子等领域中得到广泛的应用。
二、生长Fe膜的条件生长Fe膜的条件包括靶材制备、溅射参数选择以及衬底处理等方面。
其中,靶材制备的质量和准确性对于生长薄膜的质量具有非常重要的影响。
在选择靶材时,应选择制备过程中亲水性较好、均匀性较高的Fe材料。
同时,在Fe材料制备过程中,加入适量的助剂能够有效的提升溅射的效率,提高膜层的质量。
在选择溅射参数时,需要考虑入射粒子的能量、气压和射频功率等参数。
其中,气压对于薄膜的形态和成分分布具有非常重要的影响,过高的气压会导致衬底表面的热敏感材料产生升华现象,从而导致膜层的质量下降。
因此,最好选择低气压下进行溅射。
在衬底处理方面,应对衬底进行严格的表面清洁和热处理,其中表面清洁对于薄膜的性能和生长速率影响较大。
三、Fe膜的结构和性质由于溅射过程中Fe原子的行为受到磁场的控制,因此生长的Fe薄膜往往具有优异的晶体结构和磁性能。
在其XRD图谱中能够看到清晰的Fe的(110)、(111)和(200)衍射峰,表明薄膜的晶格结构比较规则。
此外,在电子自旋共振(EPR)谱中也能够看到明显的信号,表明电子自旋已被磁化。
通过对于电阻率和磁阻率的测量,可以得到Fe薄膜的电阻率为1.4×10^-6Ωm,磁性能达到510 emu/cm^3。
同时,通过热力学分析,可以得到Fe薄膜的居里温度为1043 K,表明其具有良好的磁性稳定性。
四、总结磁控溅射法生长Fe薄膜具有精准度高,膜层质量优异等特点,同时其所生长的Fe薄膜具有良好的晶体结构和磁性能,因此在新能源、微电子等领域中得到广泛的应用。
在实际应用中需要对于生长条件进行优化,以达到最佳的成膜效果。
FeAl薄膜的制备及其磁性研究FeAl薄膜的制备及其磁性研究摘要:本文主要探讨了FeAl薄膜的制备方法以及其磁性研究。
通过溅射法,在不同的工艺条件下制备出了一系列不同厚度的FeAl薄膜,并利用X射线衍射仪、原子力显微镜、磁力显微镜等仪器对其进行了表征。
结果表明,FeAl薄膜具有良好的晶体结构和磁性能,可在磁存储器件、磁传感器等领域中应用。
1. 引言FeAl合金是一种重要的功能材料,具有优异的力学性能、高温抗氧化性能和优异的磁性能。
薄膜是一种重要的材料形式,具有较高的比表面积和薄膜效应,对于制备高性能的器件具有重要意义。
因此,对于FeAl薄膜的制备以及其磁性研究具有重要的科学意义和应用价值。
2. 实验方法(1)材料制备:采用溅射法在玻璃基片上制备不同厚度的FeAl薄膜。
制备过程中,通过调节溅射功率和沉积速率等参数,控制薄膜的性质。
(2)材料表征:利用X射线衍射仪对FeAl薄膜的晶体结构进行分析,观察薄膜的微观形貌和结构特征。
通过原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行观察。
磁力显微镜用于测量薄膜的磁性能。
3. 结果与讨论(1)晶体结构:X射线衍射仪分析结果显示,FeAl薄膜具有单一相的B2结构。
随着薄膜厚度的增加,晶体结构逐渐趋于完整,晶格常数略有变化。
(2)表面形貌:原子力显微镜观察结果显示,薄膜表面较为光滑,无明显的晶界或缺陷。
随着薄膜厚度的增加,表面粗糙度略有增加。
(3)磁性能:磁力显微镜测量结果显示,FeAl薄膜具有磁滞回线,表现出铁磁性。
随着薄膜厚度的增加,磁滞回线变得更加明显,磁性能增强。
4. 应用前景FeAl薄膜具有良好的晶体结构和磁性能,可在磁存储器件、磁传感器等领域中应用。
由于薄膜形态的特殊性,基于FeAl 薄膜的磁性器件具有较高的灵敏度和响应速度。
研究人员还可以进一步通过控制薄膜制备工艺和调控薄膜缺陷结构,来改变FeAl薄膜的磁性能,以满足不同应用的需求。
5. 结论本文通过溅射法制备了FeAl薄膜,并对其进行了表征。
作者简介:赵海燕,男,现年25岁,1998年毕业于包头钢铁学院金属材料专业,后分配到上海钢铁研究所从事精密合金材料的研究和开发工作,主要参加过上海市科委重点课题 高耐磨、高记录密度用F eSiAl 磁头材料(芯片)国产化研究 和 FeSiA l 合金薄膜电感的研制与研究 等课题。
通信地址:上海市泰和路1001号上海钢铁研究所精密分所邮政编码:200940电话:(021)56679270FeSiAl 合金薄膜电感的研制与研究赵海燕 虞维扬 姚 中(上海钢铁研究所 上海 200940)摘 要 本文采用DC 直流溅射的方法研制了F eSiAl 合金薄膜电感,并探讨了输入功率、靶与基板间距离等溅射成形条件及成膜速率的关系及其对薄膜电感性能的影响,同时还分析了不同状态下的FeSiAl 合金薄膜的结构,讨论了产生DO 3超结构的最佳工艺条件。
关键词 FeSiA l 合金 薄膜电感 DO 3超结构中图分类号 T M 271;O484 4 文献标识码 A 文章编号 1005-8192(2001)03-0017-05Development of Thin Fe Si AlAlloy Film InductorZhao Haiyan,Yu Weiyang and Yao Zhong(Shang hai I ron and Steel Research I nstitute,Shanghai 200940)ABSTRAC T T hin Fe Si A l film inductors w er e dev elo ped by DC sputter ed met hod T he relat ionship between the sput tering conditions such as input pow er and the g ap betw een the target and substrate and t he deposition r ate and its influence on the per for mance of film inductors were studied T he structure of Fe Si A l alloy films in the differ ent state and the best process produced the DO 3ordered structure are discussed and analyzed KEY WORDS F e Si Al alloy,t hin film inductor,DO 3ordered str ucture1 引 言随着电子信息社会的发展,电子产品的微小型化、多功能化、移动化已成为必然趋势。
非晶合金薄膜的制备及其力学性能研究随着科技的不断发展,材料科学在人类生产生活中扮演着越来越重要的角色。
其中,非晶合金薄膜作为一种新型材料,已经被广泛应用于多个领域。
本文主要介绍非晶合金薄膜的制备及其力学性能研究。
一、非晶合金薄膜的制备1. 方法概述非晶合金薄膜的制备方法有很多种,如磁控溅射、射频磁控溅射等,其中磁控溅射是一种较为常见的方法。
该方法利用磁场控制荷电粒子的运动轨迹,使其撞击靶材表面,从而产生非晶合金薄膜。
2. 实验步骤在实验中,首先需要准备靶材。
将合金靶材安装于真空室内的靶架上,并保持真空室内处于高真空状态,消除气体干扰。
接着,在靶架附近安装基底,可以是玻璃或者硅片等。
在实验室中,通常会进行后继的表面处理,如超声波清洗、超纯氩气等,以确保基底表面的洁净度。
在此基础上,使用磁控溅射设备,通过磁场驱动真空室内的气体,在靶材表面上产生离子轰击,并获得非晶合金薄膜。
3. 实验结果实验结果显示,利用磁控溅射方法所制备的非晶合金薄膜表面平整、薄而均匀,并且具有良好的化学稳定性。
此外,该方法的工艺成熟,可实现高产量的制备。
二、非晶合金薄膜的力学性能1. 介绍非晶合金薄膜的力学性能备受关注。
目前已通过多种实验手段对其进行了广泛的研究,包括弹性模量测试、硬度测试、膜内应力测试等。
2. 实验方法在实验中,通常会使用纳米压痕仪等测试设备进行测量。
其中,纳米压痕测试可以获得薄膜的力学性能参数,如硬度、弹性模量等。
同时,还可以通过X射线衍射分析等手段,观察非晶材料的微观结构。
3. 实验结果通过实验结果,可以看出非晶合金薄膜在力学方面具有很好的性能。
其硬度高于普通金属材料,达到了人民币标准的1800MPa以上;而弹性模量也较高,可达到280GPa以上。
此外,非晶合金薄膜的韧性和延展性也有所提高,表现出更好的耐磨性和耐腐蚀性。
总之,非晶合金薄膜的制备与性能研究对于材料科学的发展有着巨大的贡献。
相信在不久的将来,这种新型材料将会在多个领域中发挥着越来越重要的作用。
磁控溅射复合氧化物薄膜的制备及性能研究随着现代科学技术的发展,薄膜技术被越来越广泛地应用于工业生产和科学研究中。
在众多的薄膜制备技术中,磁控溅射是一种最为常用、实用的制备技术。
磁控溅射技术可以制备各种复合薄膜,并且具有优异的结构、性质和应用性能,特别是复合氧化物薄膜的制备和研究在纳米科技领域具有广阔的应用前景。
本文将从磁控溅射复合氧化物薄膜的制备过程、组成结构以及性能方面进行详细地阐述。
一、磁控溅射复合氧化物薄膜的制备过程磁控溅射是一种利用磁场作用下的高能离子束使靶材溅射成分子、原子或离子,从而在靶材和衬底上形成薄膜的方法。
磁控溅射复合氧化物薄膜的制备过程主要包括靶材制备、真空设备调试、靶材安装、气体准备、真空抽气、气压泄漏测试、溅射功率设置、溅射时间调整等流程。
其中,靶材制备过程对磁控溅射复合氧化物薄膜的质量和性能具有决定性的作用。
在靶材制备方面,一般选用高纯度的金属或氧化物作为原料,通过固相反应、化学共沉淀、溶胶-凝胶等方法制备出所需的复合氧化物靶材。
真空设备调试过程中,需要进行真空泵和泵管的检验和调试,以保证真空度的稳定。
靶材安装时需要注意靶材的安装位置、距离和倾角,以控制溅射的扫描范围和统一性。
气体准备和真空抽气是制备磁控溅射复合氧化物薄膜的必要步骤。
一般使用氩气或混合气体作为溅射气体,通过真空抽气将气体压力降低到所需的真空度范围内。
气压泄漏测试可以有效地检验和监测系统气密性,防止因为系统漏气导致制备薄膜质量不佳或设备损坏等问题的出现。
磁控溅射复合氧化物薄膜的制备需要对溅射功率、溅射时间等进行调整和掌控,以保证薄膜的质量和性能。
功率的选择主要受到靶材材料、溅射距离、气体流速等多种因素的影响。
而溅射时间的长短则取决于被制备薄膜的厚度和所需的性能。
二、磁控溅射复合氧化物薄膜的组成结构磁控溅射复合氧化物薄膜具有非常丰富的组成结构,通常是由几种不同的氧化物共同组成的。
这些氧化物可以形成不同的化学键合和氧化态,从而产生出各种不同的组成和结构。
溅射FeSiAl合金薄膜的结构及软磁性能 Structure and Soft Magnetic Properties of Sputtered FeSiAl Alloy Films耿胜利 肖春涛 杨 正(兰州大学物理系,兰州,730000)Geng Shengli Xiao Chuntao Yang Zheng(D epar tment o f Physics,Lanzhou U niv ersit y,Lanzhou,730000,China)摘 要 Sendust合金是制做薄膜磁头和M I G磁头的理想材料,本工作用射频溅射法制备了Sendust成分的F eSiA l合金薄膜,研究了制备条件对膜结构和软磁性能的影响,并对其机理进行了讨论。
发现只有在适当的阳极电压范围(4.2~4.4kV)和基板温度(250℃)下才能制备出结晶完善的样品,从而获得良好的软磁性能。
关键词 射频溅射 F eSiA l膜 结构 软磁性能ABSTRACT FeSiAl allo y films w ith compositio n of Sendust w ere prepar ed by using rf sputt ering equip-ment.T he effects o f pr epar ing conditio ns on film structur es and so ft magnetic pro per ties w ere inv esti-gat ed,and their mechanism w as discussed.It w as found that samples w ith perfect cr ystallites w ere pr o-duced o nly under the pro per ano de vo lt ages(4.2~4. 4kV)and substr ate temperat ur e(250℃),then we could o bt ain go od soft mag netic pro per ties.KEY WORDS rf sputtering,FeSiAl films,struc-tures,sof t magnetic properties1 引 言FeSiA l合金在9.6w t%Si,5.4w t%A l,余F e的成分附近具有趋近于零的磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数,从而呈现出优良的软磁性能。
此成分的合金通常称为Sendust,是一种众所周知的软磁材料。
它具有高饱和磁化强度、低矫顽力、高起始磁导率,还具有优于坡莫合金的机械特性和电特性,如高硬度、高电阻率和良好的热稳定性,是制做M IG磁头和薄膜磁头的理想材料。
然而,由于Sendust合金既硬且脆,很难制造出适用于高频范围的Sendust薄带。
因此,开展了对Sendust膜的研究,用各种溅射技术制备了软磁性能较好的一系列FeSiA l合金薄膜[1~3],并通过调整溅射条件和制作多层膜使性能进一步改善[4~5]。
研究结果表明,只有大晶粒的Sendust膜才能呈现出良好的软磁性能,而且膜的成分不能偏离Sendust成分太多,否则会因较多的晶界和较大的内禀各向异性而使性能恶化。
我们用射频溅射法制备了具有良好软磁性能的FeSiA l合金薄膜,考察制备条件对膜结构和磁性能的影响并分析其机理。
2 实验过程采用射频溅射装置制备样品,靶是用Sendust合金做成的,基板采用的是光学玻璃。
制备条件如下:本底压强小于6.7×10-5Pa,阳极电压3.2~4.8kV,氩气压0.9~2.7Pa,基板温度200~350℃,膜厚1~4 m,靶间距5cm。
样品的晶体结构是用X射线衍射仪来确定的,并用俄歇电子能谱(A ES)对样品进行了深度分析。
分别用磁秤法和抛移样品法测量了样品的饱和磁化强度和矫顽力,用多光束干涉法测量膜厚,用一个跟基板接触的热电偶测量基板温度。
3 结果与讨论3.1 FeSiA l合金膜的结构所有样品膜的晶体结构都大体一致,其典型的X 射线衍射谱如图1所示。
该图的分析结果表明,膜由兰州大学博士科研启动基金资助 初稿收到日期:1996-11-27 终稿收到日期:1997-06-14A 、B 、C 、三相组成,A 相是与Sendust 合金成分对应的bcc 相[F e 3(Si ,A l )],B 相虽然也是由Fe 、Si 、Al 组成的,但F e 含量比标准Sendust 成分少很多,C 相则是FeA l 2O 4。
此结果显示有氧化现象存在,其原因很可能是靶材本身含有氧化相(靶材的X 射线衍射谱与图1极其类似)。
但从各相衍射峰的强度对比可以认为,B 、C 相含量极少,氧化现象是很轻微的,不会对软磁性能有太大的影响,Shibay a 和F ukuda 对Sendust 厚膜得到的结果也是如此[1]。
图1 FeSiAl 膜的典型X 射线衍射谱Fig 1 T y pica l X -ra ys Diffr actio n Patter ns of FeSiAl F ilms图2是A ES 深度分析的结果。
在膜表面上除了Fe 、Si 、A l 外,还出现了少量的C 、O (相对含量2~3%)。
这从另一角度证实了氧化现象的存在,而C 的出现则可能与溅射室的污染有关。
随着分析深度的不断增加,F e 含量缓慢减小,分析溅射约30min 后Fe 含量减少的速度明显加快。
认为是由于在膜与基板的交界区因互扩散效应而形成了一层由磁性相(FeSiA l)和非磁性相(基板)组成的初生层,离界面越近则非磁性相含量越多,于是Fe 的相对含量减少。
另外还发现在界面以下(分析溅射55min 以上)仍有少量的F e 、Si 、A l 出现,此结果一方面证实了互扩散效应的存在,另一方面也说明制备时沉积原子的能量相当高,以致于有一部分原子打入到基板内部。
图2 A ES 深度分析结果Fig 2 A ES D ept h A nalysis of F eSiA l Films3.2 F eSiA l 合金膜的磁性能在氩气压1.2Pa ,基板温度200℃条件下制备的FeSiAl 膜的饱和磁化强度M s 和矫顽力H c 随阳极电压V A 的变化如图3所示。
由于不同元素在氩离子轰击下的溅射产额不同,而且V A 较低时,F e 的产额与Si 、A l 的产额差别较大,此产额差随V A 升高而减小[6]。
因此V A 较低时溅射膜的成分偏离靶材而变得富Fe ,使得V A <3.6kV 时M s 达到930kA /m,略高于Sendust 合金的910kA /m 。
当V A 增加到3.6kV 以上时膜成分与靶材趋于一致,于是M s 稳定在915kA /m,不再随V A 改变。
而H c 在V A 处于4.2~4.4kV 范围内呈现极小(~190A /m)则是由于V A 较低时沉积原子的能量较小,提供给结晶生长的能量也小,造成结晶生长不完整,晶粒细小,晶界增多而使H c 上升。
但若V A 过高又会使膜面粗糙而增大了H c [6],所以H c 在适当的V A 范围(4.2~4.4kV )达到极小。
图3 FeSiAl 膜的磁性能Fig 3 M agnetic P ro per ties o f FeSiAl F ilms图4给出基板温度T s 与矫顽力H c 的关系。
T s 较低时,结晶生长较困难,晶粒细小,晶界较多,不利于获得良好的软磁性能。
另一方面,若T s 过高,又会造成结晶生长异常,膜面粗糙而使软磁性能变差[7],而且在高温基板上有可能产生相变或再蒸发[6]。
在我们的实验中,T s =250℃既能保证晶粒生长良好,也能得到光滑的膜面,于是在此条件下得到溅射F eSiA l 薄膜中最低的矫顽力(~90A /m )。
图4 基板温度T s 的影响Fig 4 I nfluences o f Substr ate T emper ature T s4 结 论用射频溅射法制备了Sendust 成分的F eSiA l 合金薄膜,考察了制备条件对膜结构和磁性能的影响,得到以下几点结论:(1) 虽然薄膜有轻微的氧化,未能得到单一的bcc相,但由于其它相的含量极少,因此仍然得到了良好的软磁性能。
(2) 由于在阳极电压V A较低时膜成分发生偏离而变得富铁,导致V A<3.6kV时样品的M s略有增加。
(3) 阳极电压和基板温度都影响着薄膜中的晶粒生长和膜面形貌,在V A= 4.2kV,T s=250℃的条件下制备出软磁性能最佳的FeSiAl合金薄膜(M s~915kA/m,H c~95A/m)。
参 考 文 献1 Shibaya H,Fuku da I.IE EE T rans M agn,1977,13:1029 2 C ou ghlin Th om as M.IEE E T rans M agn,1985,21(5): 18973 M M iura,et al.Jpn J Appl Phys,1986,25(8):11924 Hirata T,Naoe M.J M agn M agn M ater,1992,112:432 5 Gyotoku A,et al.IE EE Trans J M agn Jpn,1991,6(3): 2206 S hibaya H.NHK T ech J,1977,29(3):217 T horn ley R,Keh r W.IE EE T rans M agn,1971,7:672耿胜利 河南省淇县人。
1945年12月30日出生。
1969年7月毕业于兰州大学物理系。
现在兰州大学物理系工作。
副教授。
曾发表《锶铁氧体生成过程的研究》、《片状钡铁氧体颗粒大小的评定》等。
肖春涛 四川垫江人,1964年2月13日生。
1994年毕业于兰州大学物理系。
理学博士。
现在兰州大学物理系任教,讲师。
主要从事软磁薄膜研究,并在微粉及磁路设计等方面开展工作。
著有“溅射铁膜的结构和磁性能”,“反应溅射法制备的软磁铁氮膜”,“微晶F eT aN膜的结构及磁性研究”等数篇文章。
第三届中国功能材料及其应用学术会议征 文 通 知 中国功能材料及其应用学术会议已于1992年和1995年分别在桂林、成都举办了第一届和第二届。
按第二届会议纪要定于1998年秋天在重庆市举行第三届中国功能材料及其应用学术会议。
三届会议仍为功能材料科技领域的综合性学术会议。
旨在交流功能材料科技领域中近3年来具有创新的论文、科技成果、应用成果,促进新材料、新技术和新产品的推广应用,促进科研、生产、应用三者有机结合和功能材料科学与技术的发展。