Sm2Co17稀土永磁薄膜磁性和交換偏置現(xiàn)象研究.pdf

1、SmCo稀土永磁材料具有高的磁晶各向異性、低的溫度系數(shù)和良好的溫度特性，在很多領(lǐng)域，包括手機(jī)、電腦、汽車、航空航天、武器裝備等地方都發(fā)揮著重要的作用，是一類重要的功能材料。針對(duì)SmCo稀土永磁薄膜材料的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值和豐富的科學(xué)意義。
　　本文利用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)，在SiO2基片上制備了SmCoCr/Cu/Cr系列薄膜，制備出的SmCo薄膜樣品主要是以SmCo的2∶17合金相形式存在，在室溫下具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。

2、通過(guò)改變不同元素的含量以及退火溫度，我們系統(tǒng)地研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、磁性、磁光性能以及溫度特性。同時(shí)，深入地研究了Sm2Co17/Cr薄膜的磁交換偏置效應(yīng)，并且對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入的討論。為優(yōu)化Sm2Co17薄膜的結(jié)構(gòu)與磁性能，尋找能夠應(yīng)用于薄膜器件的工藝方案，提供了有參考價(jià)值的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
　　取得了以下的主要研究成果:
　　1、采用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)在SiO2襯底上制備出摻Cr元素Sm2Co17晶體薄膜，晶體在室溫

3、下具有穩(wěn)定的釤鈷2∶17合金相結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了制備工藝對(duì)薄膜生長(zhǎng)和結(jié)晶質(zhì)量的影響，探索和優(yōu)化了2∶17合金相結(jié)構(gòu)的成膜工藝條件。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在背景真空度為4×10-5Pa，生長(zhǎng)溫度為400℃條件下，保持激光脈沖能量為190mJ/plus和頻率8Hz時(shí)，通過(guò)控制Sm、Co的沉積時(shí)間，可以獲得釤鈷2∶17合金相晶體結(jié)構(gòu)，為制備摻雜Sm2Co17合金薄膜奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　2、系統(tǒng)研究了Sm2Co17Cr(x)/Cu/Cr(x=0 nm

4、、1nm、2nm、3nm)薄膜磁性層中Sm、Co、Cr和Cu含量對(duì)織構(gòu)與磁性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制Sm含量是制備Sm2Co17磁性薄膜的關(guān)鍵因素之一，過(guò)量的Sm不僅不利于2∶17合金相結(jié)構(gòu)的形成，而且還會(huì)降低薄膜的磁化強(qiáng)度和矯頑力。因此，保證適量的Sm含量，才可以得到穩(wěn)定的Sm2Co17磁性能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)格控制Sm、Co沉積時(shí)間的條件下，少量Cr摻雜可以提高Sm2Co17薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，并且具有比較高的矯頑力。此外，在鍍SmCo磁性

5、薄膜之前，蒸鍍一層Cu種子層，形成Cu<200>結(jié)晶取向，有利于促進(jìn)Sm2Co17磁性相的生長(zhǎng)。我們還發(fā)現(xiàn)，在Cu種子層和襯底之間加鍍Cr層，可以獲得更好結(jié)晶質(zhì)量的Sm2Co17磁性薄膜。這是因?yàn)镃r層在種子層Cu生長(zhǎng)過(guò)程中起到了緩沖層的作用，提高了Cu種子層的結(jié)晶質(zhì)量，從而保證了Sm2Co17取向更加穩(wěn)定。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)退火溫度研究了Sm2Co17薄膜結(jié)構(gòu)和磁特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較高的退火溫度，可以提高Sm2Co17薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，而且薄

6、膜的矯頑力也有較明顯的提升。
　　3、系統(tǒng)研究了SmCo/Cr薄膜交換偏置現(xiàn)象和交換機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)，在SmCo薄膜中出現(xiàn)了正的交換偏置現(xiàn)象，并且反鐵磁層Cr厚度、磁性層SmCo厚度以及溫度都對(duì)交換偏置有影響。這是由于鐵磁層(FM)與反鐵磁層(AFM)之間存在相互競(jìng)爭(zhēng)作用的結(jié)果。摻雜Cr以后，Sm2Co17薄膜的交換偏置場(chǎng)越來(lái)越大，說(shuō)明一定量的Cr可以增強(qiáng)對(duì)鐵磁層的釘扎，使得鐵磁相與反鐵磁相交換偏置效應(yīng)增大;隨著磁性層厚度的增加，交