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1.1.4 CoZr薄膜
Co基非晶软磁材料是迄今发现的最优异的软磁材料之一, 具有较高的磁导率、很低的矫顽力和损耗, 良好的高频性能,可以做电子变压器、磁头等, 不过Co基非晶合金最好的特性还在于具有磁致伸缩为零的特性, 可以制备性能很好的磁屏蔽网罩。[15]因而, 开发非晶态Co基高频软磁材料, 对材料工业和电子工业的发展都具有重要的意义。
利用射频磁控溅射，我们制备了系列Co基软磁金属薄膜，目的是通过优化薄膜制备工艺实现高频软磁薄膜面内单轴各向异性的在位控制，从而实现高频磁特性。众所周知薄膜中各向异性是非常复杂的，一般直接制备的薄膜并不会自发产生面内单轴各向异性，通常需要采用各种辅助诱导手段。为了应对得到了软磁性能但是各向异性却无法大幅度调控，实现各向异性控制但同时软磁性能反而变差的尴尬局面。我们从先找到一种各向异性可大幅度在位调控的机制，然后通过掺杂和优化溅射工艺的方法改善薄膜的软磁性能，从而实现高频软磁薄膜面内单轴各向异性在位控制的目标。在倾斜溅射制备的薄膜中除了宏观的各向异性，即形状各向异性与斜溅射诱导各向异性外，薄膜微观上单个柱状晶内部的磁晶各向异性也对薄膜性能产生很大的影响，从而导致了复杂的畴结构和磁化过程，所以通常斜溅射制备的纯金属磁性薄膜并不具有好的软磁性能。直接用倾斜溅射制备的纯金属磁性薄膜虽然具有明显的面内各向异性，但软磁性能差，高频下磁导率很低。利用斜溅射磁性薄膜中产生自发面内各向异性且强度可调的特点，采用掺杂的方法通过细化晶粒，弱化薄膜中微观磁晶各向异性对薄膜性能的影响，从而优化软磁性能，最终目标还是实现面内单轴各向异性在位可调的软磁薄膜制备技术。在Co薄膜与CoZr薄膜的对比可以看到Zr掺杂对于倾斜溅射薄膜性能的改进：1)大幅度降低矫顽力；2)简化了畴结构和磁化过程；3)优化高频磁特性。产生如此效果的原因可能在于Zr的引入有效地降低Co晶粒尺寸，从而强化了晶粒之间的交换耦合。这种晶粒间交换耦合可以大幅度的降低单个晶粒中的有效磁晶各向异性场，从而使得整个磁性系统更“软”。[16]
CoZr薄膜属于过渡族金属-金属型（TM-M型）非晶态合金薄膜。这种薄膜具有较高的饱和磁化强度脚和较高的晶化温度及Curie温度，与此同时具有优良的软磁特性。[17]高饱和磁化强度是制作高密度记录磁头所必需的，而高晶化温度及高Curie点可以使得材料具有较好的温度稳定性能。来~自^751论+文.网www.751com.cn/
1.2 磁控溅射
1.2.1 磁控溅射的基本过程
在真空系统中，将需要的溅射的材料作为阴极，衬底作为阳极，在阴极上相对阳极加约103数量级的电压。在抽真空以后给腔内充入适量的惰性气体作为气体的放电载体，例如氩气。在阴阳电极的高电压下，两极之间的氩气原子Ar被大量电离，成为Ar+离子和可以独立运动的电子e-飞向阳极。Ar+离子高速撞击靶材的作用使得大量靶材上的原子获得了很高的能量，从而脱离靶材的束缚飞向衬底。当然，在以上过程中还同时会伴随着其他粒子比如二级电子、离子或光子等从阴极的发射。