磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜和磁性納米粒子組裝薄膜的制備與研究.pdf

1、本論文采用磁控濺射法制備了AZO/M/AZO(M=Fe,FeCo)磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜,研究了制備參數(shù)對(duì)樣品結(jié)構(gòu)、形貌、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性的影響;采用等離子體磁控濺射結(jié)合惰性氣體冷凝的技術(shù)制備了尺寸均一、粒徑可控、表面清潔的磁性金屬和合金納米粒子及納米粒子組裝薄膜,研究了制備參數(shù)對(duì)納米粒子的尺寸、形貌和磁學(xué)特性的影響,并分析了惰性氣體流量與納米粒子粒徑關(guān)系及其機(jī)理;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了在納米粒子束流復(fù)合沉積系統(tǒng)樣品架上施加加速電壓

2、對(duì)納米粒子組裝薄膜的結(jié)構(gòu)、靜態(tài)磁學(xué)特性和高頻磁學(xué)性能的影響,并通過隨后的熱處理獲得了性能優(yōu)良的適合在高頻下應(yīng)用的高密度FeCo合金納米粒子組裝薄膜。
　　 本研究的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1、通過對(duì)納米復(fù)合薄膜的制備參數(shù)、Fe磁性層厚度和退火工藝條件的優(yōu)化,制備出了同時(shí)具有室溫鐵磁性、高可見光透過率、低電阻率的AZO/Fe/AZO磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜。研究發(fā)現(xiàn)中間的Fe磁性薄層既能提供穩(wěn)定的窒溫鐵磁性又可以大幅

3、降低體系的電阻率;同時(shí)退火處理和基片加熱可以增加樣品的可見光透過率和進(jìn)一步降低電阻率。對(duì)于Fe磁性層厚度為5 nm、退火溫度為400℃的樣品,可見光透過率已經(jīng)接近80％,電阻率達(dá)到了10-4Ω·cm量級(jí)。而對(duì)于Fe磁性層厚度為4 nm、基片溫度為300℃條件下制備出的樣品,其電阻率低至4.0×10-4Ω·cm,可見光透過率超過80％,且具有穩(wěn)定的室溫鐵磁性。
　　 2、通過研究FcCo(合金成分Fc65Co35)層厚度和基片溫度

4、對(duì)AZO/FcCo/AZO磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)、形貌、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn),基片溫度和FeCo層厚度對(duì)樣品的光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)性能有著顯著的影響?；瑴囟葘?duì)降低樣品的電阻率和提高可見光透過率方面有著較大的效果,但過高的基片溫度會(huì)使FeCo磁性層的氧化程度過大,從而降低AZO/FeCo/AZO薄膜的飽和磁化強(qiáng)度。當(dāng)基片溫度為300℃、FcCo層厚度為2 nm時(shí),樣品顯示出較大矯頑力(2300 Oe),同時(shí)可見光透過率超過了

5、85％,電阻率達(dá)到了5.5×104Ω·cm,已經(jīng)基本達(dá)到了透明導(dǎo)電膜對(duì)樣品主要性能參數(shù)的要求。并且對(duì)AZO薄膜力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果表明,本磁控濺射法制備的AZO復(fù)合薄膜硬度都超過了4.0 Gpa,樣品與玻璃基片的基底附著力最高達(dá)到了32 mN,顯示出良好的力學(xué)性能。
　　 3、使用自行研制的納米粒子束流復(fù)合沉積系統(tǒng)制備了磁性金屬納米粒子,通過優(yōu)化制備參數(shù)最終制備出了粒徑均一、尺寸可控、表面清潔的Fe磁性納米粒子。通過對(duì)不同條件下制

6、備的Fe納米粒子的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸以及尺寸分布的研究發(fā)現(xiàn):導(dǎo)入的惰性氣體流量對(duì)獲得的納米粒子粒徑大小和尺寸分布有很大的影響,隨著Ar氣流量的增大Fe納米粒子的粒徑增大,而隨著He氣流量的增大Fe納米粒子的粒徑減小;通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合得出了納米粒子的粒徑與Ar氣和He氣流量之間的定量關(guān)系式,這為后續(xù)不同物質(zhì)納米粒子復(fù)合薄膜材料的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
　　 4、研究了Fe納米粒子組裝薄膜的電學(xué)和磁學(xué)性能與粒徑大小的

7、關(guān)系,并通過在納米粒子復(fù)合沉積系統(tǒng)的樣品架上施加加速電壓的方式制備了具有較高堆積密度的FeCo(合金成分Fe65C035)納米粒子組裝薄膜。通過研究加速電壓和退火溫度對(duì)樣品的堆積分?jǐn)?shù)、靜態(tài)磁學(xué)性能和高頻磁學(xué)特性的影響發(fā)現(xiàn):加速電壓可以極大地提高FeCo納米粒子的堆積密度,當(dāng)加速電壓Va=-20 kV時(shí),納米粒子的堆積密度達(dá)到了81％,超過了剛性球模型中fcc和hcp結(jié)構(gòu)的堆積分?jǐn)?shù)(74％);退火處理可以明顯消除因高加速電壓下導(dǎo)致的薄膜內(nèi)