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具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

李金财 詹清峰 潘民杰 刘鲁萍 杨华礼 谢亚丽 谢淑红 李润伟

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

李金财, 詹清峰, 潘民杰, 刘鲁萍, 杨华礼, 谢亚丽, 谢淑红, 李润伟
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  • 具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322102 Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53 m单调减小到0.24 m.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.
      通信作者: 詹清峰, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn ; 谢淑红, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11374312,51525103,51522105,11372268)、国家重点研发项目(批准号:2012CB933004,2016YFA0201102)、中国科学院重点部署项目(批准号:KJZD-EWM05)、湖南省杰出青年基金(批准号:13JJ1019)和宁波市科技创新团队(批准号:2015B11001)资助的课题.
    [1]

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-19
  • 修回日期:  2016-08-14
  • 刊出日期:  2016-11-05

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

  • 1. 湘潭大学材料科学与工程学院, 低维材料及其应用技术教育部重点实验室, 薄膜材料及器件湖南省重点实验室, 湘潭 411105;
  • 2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 中国科学院磁性材料与器件重点实验室, 浙江省磁性材料及其应用技术重点实验室, 宁波 315201
  • 通信作者: 詹清峰, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn ; 谢淑红, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11374312,51525103,51522105,11372268)、国家重点研发项目(批准号:2012CB933004,2016YFA0201102)、中国科学院重点部署项目(批准号:KJZD-EWM05)、湖南省杰出青年基金(批准号:13JJ1019)和宁波市科技创新团队(批准号:2015B11001)资助的课题.

摘要: 具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322102 Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53 m单调减小到0.24 m.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.

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