摘要：随着电子信息产业的快速进展，为了提升数据的传输速率和节省空间，一个显著地走势是电子元器件的工作频率和集成度不断的在提升。作为电子元器件关键组成部分之一的磁性元器件必定要适应这种走势而向高频化、小型化方向进展。工作在1GHz以上的高磁导率磁性材料是进展磁性电子器件，进而实现电子系统大集成的瓶颈。但是传统的大块材料受自身性质的限制，不能同时具有超过1GHz以上的工作频率和高的磁导率。在这样的背景和潜在需求的推动下，可以工作于射频甚至微波频段的磁性纳米颗粒薄膜受到了特别的关注，它的潜在运用之一就是薄膜电磁噪声抑制器。微型化磁性电子器件对磁性薄膜性能的具体要求是：(1)GHz的工作频率；(2)GHz的工作频率下的高磁导率；(3)良好的电磁匹配；(4)纳米尺度下的性能调控。围绕以上要求，用反应磁控溅射法制备了FeCoHfO薄膜，射频磁控溅射法制备了NiFe-NiZnFe_2O_4和FeCo-SiO_2薄膜，探讨影响薄膜性能的各种因素和物理机制，找出适合于实际运用的最佳薄膜材料和最优的制备工艺；然后将薄膜运用于噪声抑制器，探讨影响噪声抑制效果的各种因素。用反应溅射法制备了FeCoHfO薄膜，探讨了氧分压、溅射功率和退火对薄膜性能的影响。固定溅射功率和压强，随着氧分压PO2的增加，薄膜的饱和磁化强度一直减小而电阻率一直增大；在PO2＜5.1%时，薄膜的矫顽力随着氧分压的增加而减小，PO2＞5.1%时随着氧分压的增加而变大，面内各向异性有相反的走势。在PO2=5.1%时获得了最佳性能的薄膜，微观结构是颗粒膜结构，晶粒平均大小约为9nm。此时薄膜的饱和磁化强度是18.3kG，电阻率高达2675cm，磁谱是典型的共振型磁谱，共振频率是3.1GHz，初始磁导率为300。在氧分压很低或者较高时，磁谱则显示出弛豫特性。固定溅射压强为0.4Pa，氧分压的大小为5%，溅射功率能显著转变薄膜的结构、成分和性能。随着溅射功率的增加，薄膜中磁性FeCo的比例逐渐增加而非磁性成分减小，薄膜的矫顽力急剧的减小，超过200W后随着溅射功率的增加又逐渐增加，其最小值为1Oe；薄膜的电阻率随着溅射功率的增加一直减小，在功率为200W时是2500cm；薄膜的共振频率随着溅射功率的增加先增加而后减小，在200W时达到最大3.2GHz，变化范围为0.92GHz-3.2GHz。固定最佳的溅射功率200W，氧分压5%，随着溅射压强的增加，薄膜的矫顽力一直增大，压强为0.8Pa时，完全没有软磁性能；薄膜的饱和磁化强度随溅射压强的增加单调减小，而电阻率随溅射压强的增加单调增大。为了进一步提升薄膜高频性能和简化实验的操作，用复合靶制备了NiFe-NiZnFe2O4和FeCo-SiO_2薄膜。x0.13时(Ni80Fe20)1-x(Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4)x薄膜有最佳的软磁和高频性能，矫顽力是2.5Oe，共振频率是2.9GHz，在低频下磁导率的实部超过150。薄膜此时的饱和磁化强度是9.8kG，电阻率是1500cm。同时也发现溅射功率对薄膜的电磁性能有很大影响。对于FeCo-SiO_2薄膜，随着掺杂SiO2的增加，饱和磁化强度减小而电阻率增加，薄膜的共振频率也随着发生变化，变化范围为1.5GHz-4.05GHz。薄膜最佳性能为，共振频率4.05GHz，磁导率的实部在2.8GHz以前基本保持120不变；其易轴和难轴方向的矫顽力分别是2.5Oe和4.5Oe，此时薄膜的电阻率和饱和磁化强度分别是1600cm和16.4kGs，透射电镜(TEM)浅析表明薄膜中FeCo晶粒的平均大小为3nm左右。在最佳条件下制备的FeCo-SiO_2薄膜，当膜厚在50nm-1200nm之间变化时，薄膜的矫顽力和的磁谱有显著的变化，但是薄膜仍然有良好的高频和软磁性能。薄膜磁谱虚部的半高宽f和有效阻尼系数eff随着膜厚的增加单调变大，这意味着薄膜有着较大的非本征阻尼贡献。探讨结果表明，不同厚度Cu缓冲层对FeCo-SiO_2薄膜的矫顽力大小没有显著改善，但是对薄膜动态磁性能的影响较大。薄膜磁谱在Cu的厚度为2nm有最低的共振频率、最大的阻尼系数和虚部半高宽，理由和薄膜表面或者界面的粗糙度增加有关。选择综合性能最优的FeCo-SiO_2薄膜，对它的的电磁噪声抑制特性进行了探讨，结果表明，随着薄膜厚度的增加，对信号的衰减增大，薄膜厚度为1200nm时衰减达到接近60dB；保持FeCo-SiO_2薄膜厚度不变，信号衰减的幅度随绝缘层厚度的增加而显著减小，但是噪声抑制共振频率没有发生显著变化；噪声抑制共振频率和和薄膜的自然共振频率密切相关，说明微波信号的衰减主要来源于薄膜的铁磁共振损耗，而不是由分布电容和分布电感引起的L-C谐振损耗。关键词：软磁颗粒膜论文高频性质论文磁谱论文薄膜电磁噪声抑制论文铁磁共振论文
摘要5-7
ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-33
1.1 探讨背景及选题作用13-17
1.2 运用于 GHz 领域的软磁薄膜探讨进展17-25
1.2.1 Fe (Co，Ni)-X 软磁薄膜19-21
1.2.2 Fe (Co)-X-(O,N)软磁薄膜21-24
1.2.3 多层膜和交换耦合多层膜24-25
1.3 薄膜电磁噪声抑制器(EMI)的探讨近况25-31
1.3.1 磁性薄膜电阻特性对电磁噪声抑制性能的影响26-27
1.3.2 薄膜的三维尺寸对电磁噪声抑制性能的影响27-29
1.3.3 绝缘层厚度及和传输线的接触方式对电磁噪声抑制性能的影响29-31
1.4 本论文探讨的主要内容31-33
第二章 高频磁性薄膜的基本论述33-49
2.1 磁性薄膜高频磁导率论述33-35
2.2 磁各向异性35-39
2.3 高频磁极限联系论述39-42
2.4 磁性材料的磁损耗42-45
2.4.1 涡流损耗42-44
2.4.2 磁滞损耗和剩余损耗44-45
2.5 磁性薄膜的磁损耗机理45-48
2.5.1 本征损耗46-47
2.5.2 非本征损耗47-48
2.6 小结48-49
第三章 磁性薄膜的制备和表征策略49-63
3.1 薄膜的制备和表征49
3.2 GHz 频段磁性薄膜磁导率测试49-62
3.2.1 测试原理和步骤50-54
3.2.2 薄膜磁导率测试中的比例系数54-56
3.2.3 夹具设计和薄膜测试56-62
3.3 小结62-63
第四章 FeCoHfO 薄膜的制备、结构及性能调控63-93
4.1 引言63
4.2 反应溅射63-65
4.3 FeCoHfO 薄膜样品的制备65-66
4.4 FeCoHfO 薄膜的性能调控66-91
4.4.1 氧分压对 FeCoHfO 薄膜性能的影响66-77
4.4.2 退火对 FeCoHfO 薄膜性能的影响77-83
4.4.3 溅射功率和压强对 FeCoHfO 薄膜性能的影响83-91
4.5 小结91-93
第五章 NiFe-NiZnFe2O4和 FeCo-SiO_2薄膜的高频性能探讨93-116
5.1 引言93-94
5.2 Ni_(80)Fe_(20)-Ni0.5Zn0.5Fe_2O_4薄膜的高频特性94-99
5.3 FeCo-SiO_2薄膜的高频性能探讨99-114
5.3.1 样品制备99-100
5.3.2 SiO_2含量对薄膜性能的影响100-104
5.3.3 膜厚对 FeCo-SiO_2薄膜性能的影响104-109
5.3.4 Cu 缓冲层对 FeCo-SiO_2薄膜性能的影响109-114
5.4 小结114-116
第六章 薄膜电磁噪声抑制器116-127
6.1 引言116
6.2 薄膜电磁噪声抑制机理116-118
6.3 测试平台和传输线设计118-122
6.3.1 测试平台118-119
6.3.2 共面波导设计119-122
6.4 薄膜厚度对传输特性的影响122-123
6.5 绝缘层厚度对传输特性的影响123-124
6.6 不同共振频率的薄膜对传输特性的影响124-125
6.7 小结125-127
第七章 结论127-132
7.1 主要结论及革新点127-131
7.2 有待深入探讨的不足131-132
致谢132-133
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