Ni75Fe25-ZnO纳米颗粒膜的高频软磁特性研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhp2007
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随着对器件小型化和高性能的需要,对具有高磁导率、高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率的软磁薄膜的需求量越来越大。金属-半导体纳米颗粒膜作为一种新型的软磁材料已经成为研究热点之一。本文中,我们制备了Ni75Fe25-ZnO系列纳米软磁颗粒膜,研究了样品的结构微结构、电性、磁性以及样品的高频特性。实验发现,透射电子显微镜明场像显示的纳米级金属颗粒均匀地镶嵌在ZnO半导体介质中,其金属颗粒尺寸约为4.7nm,颗粒之间的间隙在1nm以下。电子衍射环显示金属颗粒为面心立方晶体结构,X射线衍射研究也证明金属颗粒为面心立方晶体结构。对于Ni75Fe25-ZnO系列颗粒膜,我们系统地研究了矫顽力Hc随金属体积分数x的变化关系。在x=0.52-0.72的宽成分范围内,得到了很好的软磁性能。Hc最小为1.1Oe,最大不超过5Oe。对于Ni75Fe25-ZnO系统,由于Ni75Fe25的铁磁性交换长度Lex很大,约为153nm,使得在很宽的成份范围内,颗粒间距和大小之和都远小于Lex,从而在该成份范围内,颗粒间都发生了交换耦合作用。由于交换耦合使颗粒的磁矩平行排列,从而抵消了单个颗粒的各向异性,使得样品的平均各向异性显著降低,因此有效地降低了矫顽力。对于典型样品x=0.64,易轴矫顽力Hce=3.62Oe,难轴矫顽力Hch=0.506Oe,电阻率ρ=1790.15μΩ cm,如此高的电阻率和低矫顽力预示该样品具有很好的高频应用前景。溅射Ar气压和基底温度是影响材料软磁性能的关键因素。当溅射气压PAr=0.12Pa,基底通水冷却时,样品得到很好的软磁特性且有明显的单轴各向异性。在这个溅射气压下,制备了不同膜厚的样品。当样品的厚度小于100nm时,由于界面效应,矫顽力迅速增大。当厚度大于100nm,界面效应可以忽略,矫顽力的大小可以用Herzer的随机各向异性模型进行解释。对典型样品x=0.64的磁导率随频率的变化关系的研究结果表明,在小于1GHz时,磁导率的实部μ’基本保持120不变。当频率大于1.1GHz时,磁导率的虚部μ’’迅速增大,这是由于发生了铁磁共振所致。如此高的μ’预示着该样品具有很好的高频应用前景。
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