磁控濺射工藝對復合結構絲微結構和巨磁阻抗效應的影響.pdf

1、巨磁阻抗(GMI)效應是指鐵磁材料的交流阻抗在外加直流磁場的作用下發(fā)生顯著變化的現象。這種效應具有靈敏度高、響應快等優(yōu)點，在磁傳感器和磁記錄中有著潛在的應用價值。近年來，復合結構材料成為GMI材料研究中的熱點。相比于勻質材料，復合結構材料的巨磁阻抗效應顯著增強，且在較低的頻率下就可以觀察到明顯的GMI效應。 本文利用磁控濺射的方法制備復合結構絲，從對復合結構絲鍍層結構的設計入手，在制備過程中，通過改變磁控濺射的制備工藝，獲得不同

2、微結構和磁性能的復合結構絲。文章分別研究了旋轉交替、間歇濺射和雙磁性層等制備工藝對復合結構絲的磁性能和GMI效應的影響。研究內容和結果如下： 1.采用自行設計的旋轉換向真空鍍膜裝置，通過改變絲的旋轉方向和交替次數，制備了一系列總厚度相同、層數不同的Ni80Fe20/Cu復合結構絲樣品，并測量了它們的GMI效應。研究發(fā)現： (1)交替換向濺射的樣品存在層間磁化競爭，宏觀磁化是各層之間磁化競爭的結果。在層數為1～4層的Ni8

3、0Fe20/Cu復合結構絲中，具有奇數層數的樣品在磁化時擁有優(yōu)勢取向，但隨著層數增多、單層厚度減小，這種優(yōu)勢取向減弱。而對于具有偶數層數的樣品，最初，隨著交替次數增多，其GMI效應有所上升。 (2)復合結構絲的GMI效應與樣品的旋轉交替次數和單層厚度有關。存在一個臨界單層厚度，在達到臨界值時，GMI效應可以有較大的提高，且觀察到最大阻抗變化的特征頻率大為減小。交替濺射的Ni80Fe20/Cu復合結構絲在層數為24層，單層厚度為1

4、50nm時，最大阻抗變化可達240％。達到臨界厚度后，再增加交替次數，將使鍍層中的界面增多，此時界面效應增強，磁阻抗效應顯示出減小的趨勢。 2.采用兩種濺射工藝(連續(xù)濺射和間歇濺射)制備了Ni80Fe20/Cu復合結構絲，并通過掃描電鏡、X射線衍射手段研究了樣品的微結構。測量了樣品的阻抗譜，并將GMI效應作為研究材料磁性能手段，分析了不同濺射工藝制備對復合結構絲軟磁鍍層的磁性能的影響。研究表明：當采用間歇濺射工藝時，復合結構絲的

5、鍍層中出現明顯界面。鍍層的結晶度增加，晶粒有所長大。濺射過程存在間歇，會導致鍍層內部結構差異，磁層內部存在多個各向異性場分布，各層的磁化行為不同，磁導率下降，隨外場變化的阻抗譜不再是一條光滑的單峰曲線。隨著間歇次數的增多，阻抗效應有所減小。對間歇濺射復合結構絲樣品退火后，釋放了一部分內應力，阻抗效應增強，且內、外磁層磁性能趨于一致。 3.利用磁控濺射方法制備了含Ni80Fe20和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9兩種磁性材

6、料的復合結構絲。對其GMI效應的研究表明： (1)在原來的Ni80Fe20層上濺射Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加層后，可能改變材料內部的應力分布。Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9層的厚度對復合結構絲GMI效應的影響顯著，在一定厚度范圍內，隨著Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加層厚度的增加，材料內部應力逐漸增大，這時，磁應力各向異性對有效磁各向異性的貢獻增大，因此，復合結構絲的等效各向異性場有明顯增