FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜磁特性研究

　　采用射頻磁控傾斜共濺射制備了一系列的( Fe40Co40B20)1-x( Al2O3)x軟磁顆粒膜。分別研究了基片轉速及濺射氣壓對FeCoB – Al2O3薄膜微波磁特性影響。并通過(guò)改變FeCoB 靶以及Al2O3靶的濺射功率進(jìn)一步調控了軟磁顆粒膜的磁特性和電阻率。研究結果表明在基片轉速為60 r /min，濺射氣壓為0. 2 Pa，FeCoB 靶的濺射功率為250 W，Al2 O3靶的濺射功率為100 W 時(shí)，獲得的FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜具備了優(yōu)良的軟磁特性、微波磁特性和較高的電阻率。薄膜的飽和磁化強度為1.73 T，易軸難軸矯頑力均小于80 A/m，電阻率為126. 75 μΩ·cm，共振頻率高達2. 22 GHz，磁導率實(shí)部在2 GHz 仍大于400。

　　近年來(lái)，單片微波集成電路的發(fā)展促使磁性器件向小型化和高頻化發(fā)展，這也使得被廣泛應用到諸如電感器、噪聲抑制器、變壓器、磁性傳感器等小型化磁性器件中的非晶態(tài)軟磁薄膜必須具有GHz以上的工作頻率。共振頻率、磁導率以及渦流損耗是非晶態(tài)軟磁薄膜能否滿(mǎn)足GHz 頻段應用的三個(gè)關(guān)鍵參數。為了獲得高的共振頻率、高的磁導率以及低的渦流損耗，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為軟磁薄膜必須具有高的飽和磁化強度，高的電阻率以及適中的各向異性場(chǎng)。軟磁顆粒膜( MIGF) 由于其納米尺寸的磁性顆粒被非晶態(tài)絕緣介質(zhì)相有效地隔離和包裹，使得這類(lèi)薄膜同時(shí)具有良好的軟磁特性和高的電阻率而被廣泛的研究。為了獲得軟磁顆粒膜，本實(shí)驗采用了更易控制薄膜成分的射頻雙靶共濺射制備了一系列的( Fe40Co40B20)1 - x( Al2O3)x軟磁顆粒膜。通過(guò)振動(dòng)樣品磁強計( VSM) 以及矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀( VNA) 的測量，研究了基片轉速、濺射氣壓、以及雙靶濺射功率對于軟磁顆粒膜特性的影響。

實(shí)驗材料與方法

　　本實(shí)驗采用JZCK-500SJ 高真空濺射臺利用射頻磁控共濺射方法( 如圖1 所示) ，Fe40 Co40 B20合金靶以及Al2O3靶作為濺射靶材，尺寸規格為76 mm ×3 mm�；�片材料為25 mm × 25 mm 的康寧( 2875-25) 玻璃片。共濺射時(shí)，采用傾斜入射的方式將靶材的成分濺射到基片上去。靶基距固定為115 mm，本底真空度優(yōu)于7 × 10 - 5 Pa，為了獲得面內單軸各向異性場(chǎng)，在平行于薄膜表面方向加了一個(gè)80 ×10² A/m 的感生磁場(chǎng)。在固定其他工藝參數的情況下，依次研究了基片轉速、濺射氣壓以及濺射功率對軟磁薄膜特性的影響。通過(guò)Lakeshore 7404 VSM 測量了軟磁顆粒膜的靜態(tài)磁特性; 采用HP8722ESVNA 及短路微帶線(xiàn)夾具測量了軟磁顆粒膜的磁譜;并利用傳統的四探針?lè )�測量了薄膜的電阻率( ρ) 。

圖1 雙靶傾斜共濺射示意圖

結論

　　為了獲得磁特性?xún)?yōu)良和高電阻率的FeCoBAl2O3軟磁顆粒膜，本文利用雙靶傾斜共濺射的方法制備薄膜，并分析了濺射工藝參數對薄膜磁特性的影響，得到以下結論:

　　(1) 采用雙靶傾斜共濺射方法能夠有效的控制薄膜的成分，通過(guò)調控濺射的工藝參數能夠用于制備FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜。

　　(2) 基片轉速在一定范圍內增加有助于形成均有的顆粒膜; 在一定程度內減少濺射氣壓有助于減少顆粒膜的低頻損耗; FeCoB 靶濺射功率在一定范圍內增大有利于提高薄膜的飽和磁化強度。

　　(3) 當FeCoB 靶濺射功率為250 W，Al2O3靶的濺射功率為100 W，濺射氣壓為0. 2 Pa，基片轉速為60 r /min，靶基距為115 mm，本底真空度優(yōu)于7 ×10 - 5 Pa 時(shí)，制備出了具有優(yōu)良磁性能和較高電阻率的FeCoB-Al2O3軟磁顆粒膜。