FeCo-B_2O_3纳米颗粒膜的高频软磁性及其各向异性调制

题名:FeCo-B_2O_3纳米颗粒膜的高频软磁性及其各向异性调制
作者:肖玉华
学位授予单位:兰州大学
关键词:各向异性场:4270,软磁材料:3770,颗粒膜:3674,矫顽力:3147,体积分数:3112,软磁性能:2784,典型样品:2627,高磁导率:2608,共振频率:2558,高饱和磁化强度:2536
摘要:

 随着电磁器件微型化、集成化和高频化的不断发展,对软磁材料提出了更高的要求。软磁材料必须具有高磁导率μ、高饱和磁化强度M_s、高电阻率ρ和适当大的各向异性场H_k,以便有效降低涡流损耗、提高截止频率。金属—绝缘体纳Neodymium Magnets米颗粒膜是一种新型的软磁材料,它将金属材料的高磁导率μ和绝缘体材料的高电阻率ρ集为一身,使得在一种材料中同时具有高磁导率和高电阻率成为可能,因此近年来这类颗粒膜材料已经成为软磁材料研究领域的热点之一。而颗粒膜的各向异性调制对拓展其工作频率是极其重要的。

 本文中,我们采用射频磁控溅射方法制备了FeCo-B_2O_3系列纳米软磁颗粒膜。利用X-ray衍射和HRTEM得到了样品的微观结构信息;用VSM和直流四端法等系统地研究了样品的磁性和电性;利用短路微扰传输线法测量了样品的高频特性;初步探讨了颗粒膜的各向异性场的调制方法;主要得出以下结论:

 一、结构

 利用射频磁控溅射方法成功制备了(Fe_(65)CO_(35))_x-(B_2O_3)_(1-x)系列颗粒膜。HRTEM明场像显示样品由纳米级(1～8 nm)的磁性金属颗粒均匀地镶嵌在B_2O_3绝缘介质中构成,其金属颗粒尺寸随金属体积分数的减小而减小。电子衍射环证明磁性金属颗粒为体心立方晶体结构。另外,X-ray衍射和HRTEM研究表明样品的晶粒尺寸基本等于颗粒尺寸,这说明一个颗粒只包含一个晶粒。

 二、磁性

 (1)系统地研究了(Fe_(65)Co_(35))_x-(B_2O_3)_(1-x)颗粒膜系统的矫顽力H_c随磁性颗粒体积分数x的变化关系。在x=0.66-0.55的成分范围内,得到了好的软磁性能。矫顽力H_(ce)最小为13.4Oe,最大不超过15.6Oe。我们认为,好的软磁性是由铁磁颗粒间的交换耦合所致。对于(Fe_(65)Co_(35))_x-(B_2O_3)_(1-x)系统,由于Fe_(65)Co_(35)的铁磁性交换长度L_(ex)较大(～26.0nm),使得颗粒大小D和间距S之和都远小于L_(ex),从而在该成份范围内,颗粒间会发生交换耦合。由于交换耦合使颗粒http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets的磁矩趋向平行排列,从而平均了单个颗粒的磁晶各向异性,并克服了退磁效应,使得样品的平均各向异性显著降低,因此有效地地降低了矫顽力。

 (2)研究了磁各向异性场H_k随x的变化。结果表明随着x的减小,样品的H_k与H_c的变化趋势相反,先增大后减小,在0.55＜x＜0.66范围内H_k较大并且在x=0.61时,H_k最大达到65Oe;说明在交换耦合比较强的区域,H_k有较大的值。

 (3)δM(H)曲线的研究结果表明:(Fe_(65)Co_(35))_x-(B_2O_3)_(1-x)系统颗粒间的相互作用为类铁磁性的相互作用,即交换耦合,它导致了低的矫顽力和高的磁导率。

 三、高频特性

 利用短路微扰传输线法测量了Fe_(65)Co_(35)-B_2O_3系统样品的高频特性。

 (1)在0.55＜x＜0.66的范围内,获得了很好的高频性质,具有高的磁导率μ′和铁磁共振频率f_r;并且在这一范围内样品具有很高的电阻率ρ,颗粒薄膜的这些性质预示着这种样品具有很好的高频应用前景。

 (2)对于x=0.61的Fe_(65)Co_(35)-B_2O_3典型样品,在f＜1.3GHz时,实部μ′大于180,而虚部μ″在f＜1.0 GHz范围内小于50。当频率大于1.0 GHz时,μ″迅速增大,这是由于铁磁共振(FMR)所致,且共振频率高达2.65 GHz,电阻率高达2.38×10~3μΩ·cm,较纯金属的高三个量级。用Landau-Lifshitz方程拟合的结果表明在此甚高频下磁性行为是自然共振。

 四、FeCo-B_2O_3系统的各向异性调制

 本文采用以下两种方式研究了各向异性的调制:

 (1)改变Fe、Co之间的原子比

 利用射频磁控溅射方法制备了(Fe_(100-y)Co_y)_(0.61)-(B_2O_3)_(0.39)系列样品,结果表明当Co含量在35.0＜y＜77.0之间,各向异性场几乎不随Co含量变化,但其矫顽力逐渐减小,在y=77.0时最小;但当Co含量y＞77.0后,各向异性场迅速消失,其矫顽力迅速增大。

 (2)斜入射

 对(Fe_(23)Co_(77))_(0.61)-(B_2O_3)_(0.39)样品研究了磁各向异性场H_k随入射角度θ的变化关系。发现当入射角度从0°上升到30°时,各向异性场从53 Oe逐渐增大到115 Oe。通过实验研究了样品的各向异性的起源。我们认为该薄膜磁各向异性场是由两部分组成:不可逆部分和可逆部分。不可逆部分可以用各向异性的交换耦合的模型来解释;而可逆部分可用原子对的方向有序来解释。
学位年度:2009