FeCoB基纳米磁性薄膜的制备工艺与电磁性能研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
FeCoB基纳米磁性薄膜的制备工艺与电磁性能研究
姓名:廖健生
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:冯则坤
20090525
华中科技大学硕士学位论文
摘要
现代电子器件的发展要求有高性能的磁性薄膜,以实现高频化、小型化。本文
先综述了国内外对 FeCo 基薄膜的研究状况,然后通过 Landau-Lifschitz 方程对薄膜
的高频磁导率进行模拟。文章总结了薄膜中各向异性场的种类和来源,包括宏观形
状各向异性、随机各向异性、场感生各向异性、应力各向异性、斜入射各向异性以
及与薄膜表面粗糙度相关的各向异性等等,综述了薄膜中的主要损耗机制,包括磁
滞损耗、涡流损耗以及由共振引起的损耗,然后描述了磁控溅射的基本原理与薄膜
制备过程的典型工艺,并就实验过程中所遇到的典型问题及其解决方法进行了详细
的论述,其中包括真空计的校准、溅射过程中由于靶短路导致的无法起辉、靶材太
厚导致溅射速率过低、无磁性贴片的固定、基片的选择以及采用聚合物基片解决成
分的测量的问题等等,并对磁性薄膜的表征方法进行了综述。
本文讨论了不加感生场情况下的纯FeCoB薄膜的性能,包括薄膜厚度的影响以及
氩气压对薄膜性能的影响,实验表明,薄膜中的损耗与膜厚有关,薄的薄膜有较低
的损耗。为获得良好的高频特性,薄膜的厚度不应超过会产生带状畴的临界厚度;
氩气压会引起薄膜中的应力反转,明显地影响着薄膜的高频特性。对FeCo基等具有
高的正磁致伸缩效应的薄膜,要获得良好的高频特性,应维持较低的溅射气压。然
后,我们详细讨论了掺杂等因素对FeCoB基薄膜的影响,先是为了调整薄膜的各向异
性场以及磁导率而引入了感生磁场,然后为了提高工作频率和改善软磁特性而添加
了Ni元素,接着为了提高薄膜的电阻率加入了SiO2,接着讨论了退火对薄膜性能的
影响。针对Ni元素的作用,文章讨论了Ni含量对FeCoB薄膜的影响,认为Ni元素的掺
入量不宜过多。最后,制备了共振频率超过 GHz,在 GHz磁导率的实部和虚
部分别为 476 和 92,电阻率为 682 μΩ·cm的FeCoNiB-SiO2薄膜。这种薄膜在高频感
性器件中将有广阔的应用前景。文章的最后,我们还针对国内外的研究状况,提出
了今后进一步提高薄膜性能的几种可能的方法。

关键词:纳米磁性薄膜 FeCoB 复磁导率各向异性场
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Modern development of inductive devices requires high performance ic thin
films for higher operation frequency and smaller size. In this article, we present the resent
development of FeCo-based thin films, and then we simulate plex permeability of
the ic thin films based on the Landau-Lifschitz equation. In addition, we
summarize the different kinds of anisotropy fields such as macroscopic shape anisotropy,
random anisotropy, field induced anisotropy, oelastic anisotropy, oblique-incident
anisotropy as well as the anisotropy related with the film surface topology. The main
losses principles are presented next, including the hysteresis loss, the eddy current loss as
well as the loss resulted from the permeability resonance. Then we describe the main
principles of ron sputtering and the typical process of preparing the ic films.
Moreover, we present the typical problems met mon expe