采用Pt過渡層制備c軸擇優(yōu)BaFe12O19薄膜及其微波特性研究.pdf

1、六角磁鉛石鋇鐵氧體(BaM)具有良好的化學穩(wěn)定性、高矯頑力、高飽和磁化強度、高的垂直磁晶各向異性、高頻時具有高電阻率和介電常數(shù)，它在單片微波集成電路(MMIC)、高密度垂直磁記錄介質(zhì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。未來微波集成器件的發(fā)展在保證高性能的同時應(yīng)兼顧自偏場、重量輕、厚度薄的要求，因而近十年來BaM薄膜得到了廣泛的研究。為了將鐵氧體微波器件集成在微波電路中，BaM鐵氧體薄膜要有低的微波損耗，必須制備結(jié)晶性良好、高度c軸取向的BaM薄膜或

2、厚膜。本文采用射頻磁控濺射方法在硅單晶基片上制備c軸取向的BaM鐵氧體薄膜，主要研究了過渡層的取向、厚度及其周期性結(jié)構(gòu)對BaM鐵氧體薄膜微結(jié)構(gòu)、磁性能和微波性能的影響。通過系統(tǒng)研究，得到以下一些結(jié)果：
　　 1.在Si(111)單晶基片上直接沉積BaM薄膜難以獲得c軸取向的BaM薄膜，選擇適當?shù)倪^渡層可以獲得c軸擇優(yōu)的BaM薄膜。通過工藝的調(diào)整，我們在Si(111)基片上成功地制備出厚度在10-60 nm的Pt(111)和Pt(

3、200)過渡層薄膜。研究表明，Pt(111)比之Pt(200)更容易使得在其上沉積的BaM薄膜形成c軸擇優(yōu)取向，這一結(jié)果可以由品格匹配的理論得到很好的解釋。
　　 2.Pt(111)緩沖層的厚度對沉積其上的220 nm厚BaM薄膜性能有較大影響。原子力/磁力顯微鏡觀測結(jié)果表明，使用20 nm的Pt過渡層能夠制備出具有較大的晶粒和平均磁疇尺寸大于1微米的BaM薄膜；對此條件下制備BaM的薄膜測量其微波特性，結(jié)果表明：薄膜在較寬的頻

4、率范圍(42-55GHz)可以測量出可觀的微波鐵磁共振，在44 GHz時具有399 Oe的較小共振線寬。作為對比，我們還制備了具有軟磁特性的NiZn鐵氧體薄膜，其鐵磁共振頻率遠低于BaM薄膜，9.54 GHz時其共振線寬為3468 Oe。上述結(jié)果表明c軸擇優(yōu)的BaM薄膜具有良好的微波特性，極具應(yīng)用的潛力。
　　 3.將Pt過渡層形成微波頻段的亞波K周期結(jié)構(gòu)陣列，初步探索了對BaM薄膜的影響。結(jié)果表明，金屬亞波長陣列可以影響B(tài)aM

5、薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。隨著Pt金屬亞波長陣列的厚度逐漸增加，BaM薄膜的晶粒尺寸逐漸減小，粗糙度也在減小。當Pt金屬亞波長陣列厚度為20 nm時，BaM薄膜的晶粒尺寸最大，矯頑力Hc最大，為1050 Oe。說明隨著晶粒尺寸的增加，矯頑力也增加了。另外降低薄膜的粗糙度有利于增大薄膜的應(yīng)力從而增加對疇壁位移的阻力，對應(yīng)的矯頑力也增加。進一步將測量薄膜的微波性能，希望這種周期結(jié)構(gòu)對鐵氧體磁性薄膜的微波特性有很好的調(diào)控作用。
　　 總之，本