斜溅射FeCoB薄膜在高温下的磁学性质-基地物理-兰州大学.PDFVIP

《基地物理》 2016 年第 9 期 斜溅射FeCoB 薄膜在高温下的磁学性质 1 2 3 3 3 刘毓智 ，成博浪 ，胡玥 ，孙宇航 ，黄柄睿 （1. 物理科学与技术学院 13 级理基地二班，甘肃 兰州 730000 ； 2. 物理科学与技术学院 13 级物理学二班，甘肃 兰州 730000 ； 3. 物理科学与技术学院 15 级物理基地二班，甘肃 兰州 730000 ） 摘 要： 随着现代电子信息技术的发展，更多的电子器件需要在更高温度和更高频率的环境下进 行工作，因此，我们越来越关注磁性薄膜在不同温度下是否具有良好的磁学性质。本文重点 研究了不同斜溅射角度下的 FeCoB 薄膜在高温下的磁学性质。在不同的温度下，通过对同 一一样品的磁滞回线和磁谱的测量，探究温度对 FeCoB 薄膜磁学性质的影响，再通过对比 不同斜溅射角度下测量结果，从而探究斜溅射角度对磁性薄膜的影响。研究发现，当温度从 293 K 到 473 K ，FeCoB 的磁各项异性场有着明显的变化，同时，零场铁磁共振频率以及矫 顽力也有着一定的改变，由于磁各项异性场，零场共振频率以及矫顽力都与薄膜的磁各项异 性有关，说明温度可以影响 FeCoB 薄膜磁各向异性；此外，通过对不同样品的对比，我们 也发现，斜溅射角度的不同对样品的矫顽力和薄膜的磁各向异性有着更大的影响。 关 键 词：磁各项异性，矫顽力，共振频率 1 引 言 高频软磁薄膜在磁记录，磁存储以及各类电子器件中有着广泛的应用[1,2] ，是现代电子 信息技术中不可缺少的组成部分；随着信息技术的发展，对高频软磁薄膜有更高的要求，需 要材料可以在更高的温度下正常工作，且有更高的共振频率[3,4] 。铁基纳米晶体合金软磁薄 膜因为有较好的磁学性质而被广泛关注，但在高温下，Fe 基软磁薄膜磁的各向异性会有着 明显的下降，无法进行正常的工作[1,5,6,7] 。大量的研究表明，在Fe 合金中加入 Co 可以有效 [5] 的提高其热稳定性 ，而且B 元素的掺入可以细化晶粒尺寸，使其金属薄膜更好的结晶成相， 容易诱导磁各向异性场，提高工作频率，很好的满足人们对高频软磁薄膜的要求[8,9,10] 。此 前，曾经有过由正溅射制作的 FeCoB 多层磁性薄膜在高温下磁各项异场如何变化的报道， 结果表明，在超过 670 K 时，薄膜的磁各向异性将会丧失[11] 。文献表明，通过对斜溅射角 度的调节，导致薄膜内部的应力不同，可以诱导出更好薄膜的磁各向异性，从而使磁性薄膜 [3] 在更高的频率下进行工作 。因此，结合上述调研，本文研究了293 K 到 473 K 的温度范围 下的倾斜角度分别为 20 °和 35 °的FeCoB 单层薄膜的磁学性质，通过不同温度和不同斜溅 射角度下矫顽力，磁各项异性场，以及共振频率的变化，探究其对薄膜磁学性质的影响，因 而得到了斜溅射 FeCoB 薄膜在高温下的磁学规律。 2 实 验 我们采用射频磁控溅射法来制备 FeCoB 薄膜，应用 JGP-560C 型双室磁控溅射装置分别 在倾斜角度为 20 °和 35 °的托上放上[111]晶向的 Si 片，溅射得到 FeCoB 的薄膜,溅射示意 [12] 2 图如图 1 所示。薄膜在 Ar 气压为 0.3 pa ,功率密度 2.7 W/cm 、气流量为20 SCCM 的 条件下长成，所用的靶材是 2 英寸的 FeCoB 靶，其原子比为 67:29:4。溅射过程中薄膜生 长速率不变，控制溅射时间，我们就得到了 40 nm 厚的薄膜样品。之前的实验结果表明斜溅 射可以诱导出薄膜面内的单轴各向异性[12] 。 样品制作成功后，我