雷射調控軟磁薄膜高頻磁性研究

《雷射調控軟磁薄膜高頻磁性研究》是依託蘭州大學，由劉青芳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射調控軟磁薄膜高頻磁性研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：劉青芳
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目以FeCo系、FeNi等系列軟磁薄膜為研究對象，通過雷射刻蝕來調控薄膜的面內各向異性，從而達到調控其高頻磁性的目的。項目擬通過離子束濺射、磁控濺射、電化學沉積等技術在Si襯底上製備金屬合金系列軟磁薄膜，結合雷射刻蝕技術在薄膜表面刻出不同形狀、不同排布的幾何圖形，調整形狀各向異性及圖形間偶極相互作用獲得不同面內磁各向異性的軟磁薄膜；通過巨觀磁性測量和微磁學模擬相結合的方法得到面內各向異性與實驗參數（圖形尺寸、間距、圖形排列變化等）之間的關係；在此基礎上研究薄膜的高頻磁性，討論高頻磁性與薄膜磁各向異性之間的關係。該項目的立項，將為可控調節軟磁薄膜微波磁性奠定基礎。

結題摘要

近年來，隨著信息產業的高速發展，電子元器件向高頻化，小型化，薄膜化，集成化的方向發展，這一發展趨勢，要求套用於其中的磁性薄膜材料具有GHz頻段良好的軟磁性能，而軟磁性能的好壞不僅取決於材料的內稟矯頑力、飽和磁化強度，而且跟材料的磁各向異性密切相關。本項目以高飽和磁化強度的FeCo,FeNi，FeN系列軟磁合金薄膜為研究對象，通過雷射圖形化、調控應力、傾斜濺射、外加磁場多種方法調控其矯頑力和磁各向異性，從而達到調控其高頻性能的目的，在此基礎上，我們進一步研究了樣品中出現的疇結構演化、疇壁動力學及其條紋疇對微波場的回響，獲得了一系列有意義的研究結果。對沉積於ITO襯底上的FeCo基系列薄膜中，我們通過雷射刻線的方法，改變刻線間距、刻線方向，實現了共振頻率可向高頻、低頻方向調控的目標（1GHz~8GHz），在此基礎上，我們建立了適用於條紋陣列薄膜的物理模型，推導出了回響的計算公式，並對樣品磁性參數的實驗值和理論值進行了比較，兩者符合的很好。對於傾斜濺射製備的FeN薄膜中，N2含量為5%時的樣品軟磁性能最好，隨著濺射角度從3度到32度之間變化，共振頻率可從2.87 GHz到6.05 GHz之間可調。對柔性襯底上的FeCo薄膜，我們通過改變彎曲曲率實現各向異性的調控，在不需要施加誘導場的情況下，產生的應力各向異性場可以達到170 Oe，相應的共振頻率可以達到4.8GHz。僅通過在電化學沉積過程中施加變化的磁場的方法，我們也可以實現FeCo薄膜共振頻率在0.8~4.0GHz之間調控。在對FeNi系列薄膜生長過程中出現的條紋疇結構的研究中，我們發現當微波磁場的方向垂直條紋疇時，其共振模式主要是聲學支模式，其動態各向異性場的大小分別為44 Oe（120 nm）, 87 Oe (160 nm), 91 Oe( 200 nm); 而當微波場方向平行條紋疇時，光學模式被激發，而且隨著垂直的外加靜態磁場的變化，兩個模式均出現，但是不同厚度的薄膜聲學支激發所需要的外磁場的大小不同。以上這些研究，對高頻軟磁薄膜材料微結構、各向異性、疇結構演化及高頻性能調控提供了詳細的參考數據。