溶膠凝膠法制備BaFe-,12-O-,19-鐵氧體磁性薄膜和性能研究.pdf

1、六角磁鉛石鋇鐵氧體薄膜材料由于其具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、較高的飽和磁化強度、較高的矯頑力以及高的垂直磁晶各向異性場而被視為磁記錄介質的優(yōu)秀候選材料，另外，該材料還具有很高的電阻率，在高頻低損耗微波和單向微波集成電路方面也有很高的應用價值。 鑒于此類應用，BaFe12O19薄膜通常需要滿足以下幾個條件： 一、薄膜中磁性相BaFe12O19的含量要高，以達到較高的飽和磁化強度； 二、薄膜具有較好的c軸取向，以獲得高的磁

2、晶各向異性從而獲得大的矯頑力，這對垂直磁性記錄尤其重要； 三、小的晶粒尺寸以提高信噪比并提高磁記錄的密度。BaFe12O19薄膜可通過濺射法(sputtering)、脈沖激光沉積法(PLD)以及溶膠凝膠(Sol-Gel)等方法制備。研究表明，溶膠凝膠制備BaFe12O19薄膜過程中，前驅體膠體的性質，尤其是Fe/Ba的數(shù)值很大程度上決定了薄膜最終的結構和磁性能。通常過量的Ba對形成六角BaFe12O19相(BaM)是有利的。

3、 本文中，我們試圖用溶膠凝膠法在高Fe/Ba比的條件下得到高BaM相含量且磁學性能好的薄膜，對薄膜的制備過程中的各種工藝條件如Fe/Ba配比、催化螯合劑檸檬酸的量、退火溫度以及薄膜厚度等對薄膜性能的影響做了較系統(tǒng)的研究。本文還對BaFe12O19/Ni0.5Zn0.5 Fe2O4復合薄膜做了探索性的研究。 首先，我們研究了溶膠中的Fe/Ba的值及退火溫度對所制備BaFe12O19薄膜性能的影響。結果表明，在Fe/Ba比為6.

4、5～9.5的范圍內(nèi)都可以得到純BaM相，且有一定的c軸取向，垂直面內(nèi)的飽和磁化強度(Ms)和矯頑力(Hc)隨Fe/Ba的升高而降低。對Fe/Ba=6.5的薄膜，退火溫度(Ta)為850℃時，二者數(shù)值分別為290 emu/cm3和4200 Oe，但是對Fe/Ba=9.5的薄膜來說只有116 emu/cm3和2300Oe。α-Fe2O3相隨Fe/Ba值的升高而出現(xiàn)，α-Fe2O3相的出現(xiàn)使薄膜中的磁性相減少，從而降低了薄膜的Ms和Hc。對F

5、e/Ba=6.5的薄膜在不同的溫度下退火，隨著退火溫度的升高，越來越多的針狀BaM顆粒出現(xiàn)，同時Ms和Hc逐漸升高，Ta從800℃升高到900℃時，Ms和Hc分別從120 emu/cm3，2500 Oe增至345emu/cm3，4600 Oe。Ms的升高是因為薄膜中的BaM相含量增多，Hc的升高跟晶粒的大小及取向有關。 然后，我們研究了前驅體膠體中檸檬酸的含量對所制備薄膜性能的影響。結果表明，通過控制配膠過程中檸檬酸的量可以改善

6、BaFe12O19薄膜的成相及取向，適量的檸檬酸對BaM的成相有利，在C6H8O7·H2O：Ba(NO3)2·6H2O=6：1的條件下，經(jīng)850℃退火，制備了在自然氧化的Si(100)基片上生長的具有良好c軸取向的BaM薄膜。垂直面內(nèi)的Ms⊥達到300 emu/cm3左右，矯頑力Hc⊥達4200 Oe。采用低成本的溶膠凝膠工藝制備出了磁性良好的BaM薄膜。 另外，我們制備了Ni0.5Zn0.5Fe2O4軟磁薄膜，并研究了退火條件

7、對其性能的影響。發(fā)現(xiàn)Ms隨退火溫度的升高單調(diào)遞增，當Ta由500℃升高到800℃時，Ms由219 emu/cm3升高到334emu/cm3；Hc先增后減，在Tc=700℃時有一個最大值。由于隨溫度升高，四面體間隙的Ni2+回到八面體間隙，使磁矩增大，各向異性能降低；同時晶粒隨退火溫度升高而長大，兩方面共同決定了Ms及Hc的變化?；谲浻泊诺鸟詈侠碚摚覀儑L試制備BaFe12O19/Ni0.5Zn0.5Fe2O4復合膜，XRD結果表明退火