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(xué)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(zhì)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(yīng)用價值。 鑒于此類應(yīng)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(qū)體膠體的性質(zhì)，尤其是Fe/Ba的數(shù)值很大程度上決定了薄膜最終的結(jié)構(gòu)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(xué)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(fù)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(jié)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(guān)。 然后，我們研究了前驅(qū)體膠體中檸檬酸的含量對所制備薄膜性能的影響。結(jié)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(dāng)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?，我們嘗試制備BaFe12O19/Ni0.5Zn0.5Fe2O4復(fù)合膜，XRD結(jié)果表明退火