溅射软磁金属薄膜的微波阻尼调控(2)
结 论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论
1.1引文
人类发现“磁”现象已经有了上千年的历史，但人类早期对于磁性材料仅仅局限于司南、指南针和磁性材料对铁物质的吸引作用等有限的应用。近代工业革命爆发之后，生产力的不断发展与进步，这促使人们投入巨大的精力不断地探索与应用各种新型磁性材料与技术，特别是由于电子技术的出现和发展，磁学领域得到了迅速发展，各种磁性材料包括块材、带材、膜材，均得到了广泛的应用。
自从在上个世纪90年代发现巨磁电阻效应(GMR)，磁性材料由此进入了向薄膜化全面发展的时期[1,2]。磁性薄膜研究也成为目前新型磁性材料研究中最活跃的领域之一。
随着各种磁性薄膜的发展，薄膜从单纯的金属磁性薄膜，发展到纳米晶薄膜、多层结构薄膜、颗粒膜、非晶薄膜等多种体系，蔚为大观。薄膜的制备的工艺也由传统的冶金工艺发展到了分子束外延生长、激光脉冲沉积镀膜、磁控溅射镀膜等等[3,4] 。利用磁性薄膜所具备的巨霍尔效应、巨磁热效应、磁制冷、巨磁性伸缩、巨磁阻抗等特点以及磁—热、磁—光、磁—力、磁—电等交叉效应给将来的磁性薄膜的发展和研究开拓了新的领域[5-8] 。
伴随着集成电路技术的高速发展，所有的电子元器件都在向微型化、集成化方向演变，磁学领域也是如此。科技的发展对于磁性薄膜材料的磁学性能需求提出了更高的要求，制备适应于未来发展趋势即：集成化、微型化、高密度化和高频化，同时兼具优异的软磁性能的微波薄膜材料，已经成为磁性材料领域发展的重要内容之一。磁应用技术已经迈进了软磁金属薄膜微波器件的新纪元[9-14] 。
1.2软磁金属薄膜
1.2.1单层金属薄膜
软磁性单层金属薄膜具有高的磁导率和饱和磁化强度，低的矫顽力和铁芯损耗的特点。如被长期应用于磁记录领域FeCrCo薄膜、在元器件中应用广泛的FeCoN薄膜、FeCoAlO薄膜、用于磁光存储领域的TbFeCo薄膜、以及新型的FeGaB薄膜等，都是软磁单层金属薄膜的典型代表。
使用生长薄膜时施加外磁场、真空静磁场退火等特殊的溅射方法，以及其他后续工艺处理也可以增强薄膜的各向异性场，降低薄膜的矫顽力。同时为了提高薄膜的共振频带宽度，还可以利用异种磁性材料形成复相薄膜。
1.2.2多层复合薄膜
多层复合软磁薄膜是由两种或两种以上的材料按照一定顺序依次镀膜而成的软磁薄膜体系，常见的主要有{FM/N/FM}型与{FM/AFM}型两种。
第一种[FM/N/FM]型有三明治膜、自旋阀型膜(SV)等多种形式。具体是使用非磁元素比如Cu、MgO插入两个铁磁层之间，作为多层膜间的中间层。其中FM为铁磁层(Ferromagnetism, FM)，N为非磁层可为非磁金属层或非磁氧化物层(Nonmagnetism, N)。
非磁金属层与氧化物层对多层膜体系的性能的改善微观机制不同，但是总的来看，可以认为因为非磁层N的加入，由于载流电子的极化和类RKKY作用，可以有效地增强层间的磁耦合作用，进而改善了薄膜的软磁特性。
同时，由于非磁元素的加入，特别是引入氧化物绝缘层，可以很大程度上提高薄膜体系的电阻率，降低了高频下薄膜的涡流损耗，提高了体系的稳定性。
第二种[FM/AFM]型，即利用交换偏置效应调控薄膜的软磁性能。其中FM为铁磁层，AFM为反铁磁层(Antiferromagnetism, AFM)。交换偏置效应起源于材料中铁磁和反铁磁两相界面处的交换耦合作用 (Exchange Coupling)即界面处反铁磁相对铁磁相的“钉扎”作用[15]，能使得原本关于原点对称的磁滞回线发生水平偏移即“偏置”。