《雙磁性相納米顆粒膜的可控制備及其高頻性能的研究》是依託廈門大學，由彭棟樑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙磁性相納米顆粒膜的可控制備及其高頻性能的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭棟樑
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
GHz頻段用軟磁薄膜材料是近年來電子信息材料領域研究的熱點之一，然而要製備出能套用於GHz頻段且同時具有高自然共振頻率、高磁導率和高電阻率的軟磁薄膜材料還有一定困難，迫切需要從製備方法和調製機理上進行深入的研究。本項目擬採用納米粒子束流複合薄膜沉積，將粒徑可控、合金成分可控且具有高飽和磁化強度的Fe、Fe-Co、Fe-Ni納米粒子與具有極高電阻率的軟磁鐵氧體進行複合，形成一種同時具有高飽和磁化強度和高電阻率的雙磁性相納米顆粒膜，通過對此種薄膜的製備方法、軟磁和電學特性以及磁各向異性的調控與其高頻性能的關係的系統研究，探究在這種新型納米結構軟磁薄膜材料當中磁性金屬和合金納米粒子的種類、尺寸、表面和界面特性以及顆粒膜中納米顆粒相和鐵氧體相的體積分數對其高頻性能的影響，製備出同時具有高自然共振頻率、高磁導率和高電阻率的良好高頻性能的雙磁性相納米顆粒膜，為該類材料的開發和套用提供實驗和理論依據。
結題摘要
本項目主要針對套用於GHz頻段的具有高自然共振頻率、高磁導率和高電阻率的磁性納米複合薄膜材料的可控制備、高頻特性調控及其調製機理展開了深入的研究。通過項目的實施，主要取得了以下成果：1）通過系統地研究濺射參數對Fe80Ni20合金單層薄膜的高頻磁學特性的影響，實現了在無外加誘導磁場的情況下，僅通過在濺射過程中導入微量的O2，即可大範圍調控軟磁薄膜材料面內單軸磁各向異性，進而調控其高頻電磁特性。2）通過雙靶交替濺射的方法製備了[Fe80Ni20-O/SiO2]n納米複合多層膜，發現SiO2層不僅能增大薄膜的電阻率，還能在較大範圍內調控薄膜的高頻磁學特性。3）通過選用介電常數非常大的TiO2作為氧化物隔斷層，可控制備了一系列 [Fe80Ni20-O/TiO2]n納米複合多層膜。研究表明TiO2層同樣能在較大範圍內調控多層膜的面內單軸磁各向異性場，並能進一步提高複合多層膜的高頻電磁特性。4）通過用N替代O製備了一系列FeCo-N基軟磁薄膜，發現薄膜的熱穩定性得到改善；並通過Si元素摻雜和多層化的方式可進一步改善熱穩定性，解決了薄膜後續套用加工中高頻性能退化的問題。5）通過將納米合金磁性層用晶體結構完全不同的非磁性層隔開，解決了單層膜厚度較厚時難以保持優異高頻電磁特性的難題；獲得了總厚度高達1.5微米時，仍然具有優異高頻電磁性能的[FeCoSiN/SiNx]n納米複合多層膜。6）在以上系統研究工作的基礎上，在維持磁性/非磁性氧化物納米複合多層膜高電阻率和高頻磁性可調控的前提下，通過選擇具有磁性且具有極高電阻率的鐵氧體作為隔斷層，製備了[Fe80Ni20-O/NiZn-ferrite]n雙磁性相納米複合多層膜，進一步提高了薄膜的飽和磁化強度以及高頻軟磁特性。7）通過納米粒子束流薄膜沉積方法，原位複合具有高飽和磁化強度的FeCo合金納米粒子，製備了高頻軟磁性能優異且電阻率極高的Fe65Co35@NiZn-Fe2O4雙磁性相納米粒子複合顆粒膜，可有效降低其在高頻套用時的渦流損耗。8）初步探索了與本項目發展的高性能軟磁薄膜製備方法兼容的集成磁芯螺線管型平面微電感的加工工藝，通過最佳化實驗方案，利用本項目研發的性能優異的高頻軟磁薄膜作為磁芯，成功地利用MEMS工藝製備出了集成[FeCoSiN/SiNx]18納米複合薄膜磁芯的螺線管型平面微電感，大幅提高了平面微電感器的電感值和品質因數。
