磁控濺射工藝對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲微結(jié)構(gòu)和巨磁阻抗效應(yīng)的影響.pdf

1、巨磁阻抗(GMI)效應(yīng)是指鐵磁材料的交流阻抗在外加直流磁場(chǎng)的作用下發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。這種效應(yīng)具有靈敏度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在磁傳感器和磁記錄中有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，復(fù)合結(jié)構(gòu)材料成為GMI材料研究中的熱點(diǎn)。相比于勻質(zhì)材料，復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的巨磁阻抗效應(yīng)顯著增強(qiáng)，且在較低的頻率下就可以觀察到明顯的GMI效應(yīng)。 本文利用磁控濺射的方法制備復(fù)合結(jié)構(gòu)絲，從對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲鍍層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手，在制備過(guò)程中，通過(guò)改變磁控濺射的制備工藝，獲得不同

2、微結(jié)構(gòu)和磁性能的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲。文章分別研究了旋轉(zhuǎn)交替、間歇濺射和雙磁性層等制備工藝對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的磁性能和GMI效應(yīng)的影響。研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： 1.采用自行設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)換向真空鍍膜裝置，通過(guò)改變絲的旋轉(zhuǎn)方向和交替次數(shù)，制備了一系列總厚度相同、層數(shù)不同的Ni80Fe20/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲樣品，并測(cè)量了它們的GMI效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)： (1)交替換向?yàn)R射的樣品存在層間磁化競(jìng)爭(zhēng)，宏觀磁化是各層之間磁化競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。在層數(shù)為1～4層的Ni8

3、0Fe20/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲中，具有奇數(shù)層數(shù)的樣品在磁化時(shí)擁有優(yōu)勢(shì)取向，但隨著層數(shù)增多、單層厚度減小，這種優(yōu)勢(shì)取向減弱。而對(duì)于具有偶數(shù)層數(shù)的樣品，最初，隨著交替次數(shù)增多，其GMI效應(yīng)有所上升。 (2)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的GMI效應(yīng)與樣品的旋轉(zhuǎn)交替次數(shù)和單層厚度有關(guān)。存在一個(gè)臨界單層厚度，在達(dá)到臨界值時(shí)，GMI效應(yīng)可以有較大的提高，且觀察到最大阻抗變化的特征頻率大為減小。交替濺射的Ni80Fe20/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲在層數(shù)為24層，單層厚度為1

4、50nm時(shí)，最大阻抗變化可達(dá)240％。達(dá)到臨界厚度后，再增加交替次數(shù)，將使鍍層中的界面增多，此時(shí)界面效應(yīng)增強(qiáng)，磁阻抗效應(yīng)顯示出減小的趨勢(shì)。 2.采用兩種濺射工藝(連續(xù)濺射和間歇濺射)制備了Ni80Fe20/Cu復(fù)合結(jié)構(gòu)絲，并通過(guò)掃描電鏡、X射線(xiàn)衍射手段研究了樣品的微結(jié)構(gòu)。測(cè)量了樣品的阻抗譜，并將GMI效應(yīng)作為研究材料磁性能手段，分析了不同濺射工藝制備對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲軟磁鍍層的磁性能的影響。研究表明：當(dāng)采用間歇濺射工藝時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的

5、鍍層中出現(xiàn)明顯界面。鍍層的結(jié)晶度增加，晶粒有所長(zhǎng)大。濺射過(guò)程存在間歇，會(huì)導(dǎo)致鍍層內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，磁層內(nèi)部存在多個(gè)各向異性場(chǎng)分布，各層的磁化行為不同，磁導(dǎo)率下降，隨外場(chǎng)變化的阻抗譜不再是一條光滑的單峰曲線(xiàn)。隨著間歇次數(shù)的增多，阻抗效應(yīng)有所減小。對(duì)間歇濺射復(fù)合結(jié)構(gòu)絲樣品退火后，釋放了一部分內(nèi)應(yīng)力，阻抗效應(yīng)增強(qiáng)，且內(nèi)、外磁層磁性能趨于一致。 3.利用磁控濺射方法制備了含Ni80Fe20和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9兩種磁性材

6、料的復(fù)合結(jié)構(gòu)絲。對(duì)其GMI效應(yīng)的研究表明： (1)在原來(lái)的Ni80Fe20層上濺射Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加層后，可能改變材料內(nèi)部的應(yīng)力分布。Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9層的厚度對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)絲GMI效應(yīng)的影響顯著，在一定厚度范圍內(nèi)，隨著Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加層厚度的增加，材料內(nèi)部應(yīng)力逐漸增大，這時(shí)，磁應(yīng)力各向異性對(duì)有效磁各向異性的貢獻(xiàn)增大，因此，復(fù)合結(jié)構(gòu)絲的等效各向異性場(chǎng)有明顯增