FeZrBCu射频溅射薄膜磁导率和巨磁阻抗效应的研究

采用射频溅射法在单晶硅衬底上制备了（Fe0.88Zr0.07B0.05）97Cu3薄膜样品。X射线衍射结果表明，未经任何后期处理的沉积态薄膜为非晶态结构。在5kHz～13MHz频率范围内，着重研究了沉积态样品的有效磁导率和巨磁阻抗（GMI）效应的变化特性。研究结果表明，样品具有极好的软磁性能和GMI效应，其矫顽力仅为58A／m，饱和磁化强度约为1．15×106A／m，在13MHz的频率下最大巨磁阻抗比达到17％。并发现有效磁导率比随外磁场的变化，在各向异性场仇。0．4kA／m处出现了峰值，GMI效应也在此磁场的位置处出现峰值。这表明GMI效应与磁场诱导的有效磁导率的变化紧密关联。     

制备态(Fe88Zr7B5)100-xCux非晶薄膜的磁特性和巨磁阻抗

采用射频溅射法在单晶Si衬底上制备了Fe88Zr7B5)100-xCux(x=0、1、2、3、4)非晶薄膜样品,对其软磁特性和巨磁阻抗(GMI)变化行为进行了测量和研究。测量结果显示,加入适量Cu元素(x=3)的制备态样品具有极好的软磁性能和GMI效应,此样品的矫顽力仅有56A/m,在13MHz的频率下,最大有效磁导率(μe)比和GMI比分别为42.5%和17.0%。研究发现,制备态样品的电阻R、电抗X和阻抗Z都随Cu含量的增加而下降。X=0、4两个样品的μe、R、X、Z对外加磁场响应极不敏感,只有软磁性能优异的x=3样品的μe、R、X、Z才显示出对外加磁场响应敏感,因而有显著的GMI效应。样品拥有高的磁导率、小的矫顽力和低的电阻率是获得大GMI效应的本质条件。     

焦耳-应力退火对Co基薄带巨磁阻抗的影响

采用焦耳-应力退火处理了Co_83.2Fe_5.2Si_8.8B_2.8非晶薄带,利用阻抗分析仪和磁光克尔效应显微镜分析了焦耳-应力退火前后Co基薄带的巨磁阻抗效应和磁畴结构。结果表明,经焦耳-应力退火后,薄带的GMI效应得到提高,24.5 MPa焦耳-应力退火后,0.4 MHz时,薄带的最大阻抗变化率达到47.6%,1 MHz时,其磁场响应灵敏度达到280.2%/(kA/m)。磁畴观察发现,随退火过程中拉应力的施加,薄带表层横向带状畴内部逐渐形成细小纵向畴,同时横向带状畴逐渐向纵向偏转,表明对于具有负磁滞伸缩系数的Co基薄带,焦耳-应力退火可以促进薄带内衍生纵向细畴,且纵向拉应力的施加,增强了薄带的纵向各向异性。因此,焦耳-应力退火改善了薄带的低频纵向驱动GMI效应,磁场响应灵敏度也大幅度提高。     

纳米晶FeCuNbSiB多层膜的巨磁阻抗效应研究

研究了纳米晶态下Fe73.5Cu1Nb3Si13.5 B9多层膜的巨磁阻抗(GMI)效应。研究结果表明纵向巨磁阻抗(LMI)效应在3MHz时取得最大值为44％,横向巨磁阻抗(TMI)效应在6MHz时取得最大值为46％。LMI与TMI随外磁场有不同的变化行为,TMI曲线具有阁值行为,超过阈值磁场后出现明显的磁阻抗效应。晶化后出现最大值阻抗效应所对应的频率下降,由非晶态下的13MHz下降为晶化后的3MHz。薄膜样品的磁阻抗效应与样品中磁矩的空间分布密切相关．磁矩垂直面向分布时。磁阻抗效应下降为5％     

薄膜厚度对多层膜巨磁阻抗效应的影响研究

采用磁控溅射方法在玻璃基片上制备了FeSiB／Cu／FeSiB多层膜,在100kHz～40MHz范围内研究了FeSiB薄膜厚度对FeSiB／Cu／FeSiB多层膜巨磁阻抗效应的影响。当磁场施加在薄膜的纵向时,巨磁阻抗效应随磁场的增加而增加,在某一磁场下达到最大值,然后随磁场的增加而下降到负的巨磁阻抗效应。当FeSiB薄膜的厚度为1．8μm时,在频率3．2MHz、磁场2．4kA／m时,多层膜巨磁阻抗效应达最大值13．5％;在磁场为9．6kA／m时,巨磁阻抗效应为-9．2％。然而,当FeSiB薄膜的厚度为1μm时,多层膜的巨磁阻抗效应在频率40MHz、磁场1．6kA／m时达最大值5．8％。另外,当磁场施加在薄膜的横向时,薄膜表现出负的巨磁阻抗效应。对于膜厚为1．8μm的FeSiB薄膜,在频率5．2MHz、磁场9．6kA／m时,巨磁阻抗效应为-12％。可见巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及FeSiB薄膜的厚度有关。     

电流退火对CoFeSiB非晶丝和薄带的巨磁阻抗效应比较

采用熔融抽拉法和单辊急冷法分别制备了Co68.25Fe4.5Si12.25B15非晶丝和薄带。测量了制备态下两者的巨磁阻抗(GMI)效应,发现非晶丝的GMI比率高于薄带。研究了不同电流密度退火后非晶丝和薄带的GMI效应,结果发现ΔΖ/Ζ=[Z(H)-Z(H=0)]/Z(H=0)都明显上升,且非晶薄带数值更大;当电流密度等于0.96×107A/m2时,薄带的这一比率最大达到410%,磁场灵敏度达到5.1%/(A/m)。分析了出现上述现象的原因。     

淬态FeNiCrSiB薄带的磁特性和纵向巨磁阻抗效应

采用单辊快淬法制备了(Fe50Ni50)77.5Cr0.5Si11B11合金薄带,测试了淬态薄带样品的微结构、静磁性能、磁导率和磁阻抗。研究结果表明,未经热处理的淬态(Fe50Ni50)77.5Cr0.5Si11B11合金薄带便具有良好的软磁性能和显著的巨磁阻抗效应,在7MHz频率下,纵向最大阻抗比达到31%。同时分析了几个典型频率下的纵向磁阻抗比、电阻比、电抗比和有效磁导率比随外磁场的变化行为,发现薄带样品的电抗比和有效磁导率比之间存在密切联系。由于内部结构的不均匀性,使得样品的横向各向异性场随驱动电流频率增大向高场方向移动。     

夹心结构FeNi/Cu/FeNi多层膜巨磁阻抗效应研究

采用MEMS技术在玻璃基片上制备了夹心结构FeNi/Cu/FeNi多层膜,并在1～40MHz范围内研究了它的巨磁阻抗效应.纵向巨磁阻抗效应先随着外加磁场的增大而迅速增加,在某一磁场下达到最大值后随磁场的增加而逐渐减小.在频率为5MHz时,Hext为0.8kA/m时巨磁阻抗效应最大值达到32.06%.另外,夹心结构多层膜表现出较大的负巨磁阻抗效应,在频率5MHz,Hext=9.6kA/m时,负最大巨磁阻抗效应可达-24.50%.     

热处理温度对FeCoSiB薄膜及FeCoSiB/Cu/FeCoSiB三明治膜应力阻抗效应的影响

采用DC磁控溅射法在玻璃基片上制备了FeCoSiB薄膜和FeCoSiB/Cu/FeCoSiB 三明治膜,并进行磁场退火热处理以消除残余应力和形成磁织构,提高薄膜的应力阻抗效应。薄膜的磁性能采用振动样品磁强计(VSM)进行测试,采用HP4275A 型阻抗分析仪在200kHz~10MHz频率范围内测试薄膜的应力阻抗效应。结果表明,磁场退火热处理可形成感生磁各向异性,改善薄膜的软磁性能、提高薄膜的应力阻抗效应。在温度低于300℃时,随着退火温度的增加,薄膜的应力阻抗效应增大;当退火温度超过300℃时,薄膜的应力阻抗效应随退火温度增加而降低。与Fe CoSiB单层膜相比, FeCoSiB/Cu/FeCoSiB 三明治膜应力阻抗效应较大。10MHz测试频率下,在基片末端位移为450μm时,经300℃热处理的三明治膜达到了8.3%,而单层膜仅有1.86%。当测试频率较高为10和4MHz时,薄膜的应力阻抗效应变化不大,当测试频率下降到低于1MHz时,薄膜的应力阻抗效应显著降低。     

弯曲型三明治结构FeCuNbCrSiB/Cu/FeCuNbCrSiB多层膜巨磁阻抗效应研究

利用磁控溅射方法及微细加工技术制备了弯曲型三明治结构的FeCuNbCrSiB／Cu／FeCuNbCrSiB多层膜，在频率1～40MHz下研究了多层膜的纵向和横向巨磁阻抗效应，结果表明弯曲型三明治结构多层膜的巨磁阻抗效应高于它的传统的多层膜。在频率10MHz、磁场11．94kA／m下巨磁阻抗效应达-50%。     

低温应力退火Fe基合金薄带巨磁阻抗特性的研究

通过同步辐射X射线衍射技术,观测Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带经过不同温度和不同应力退火60 min后样品的微观结构,利用HP4294A型阻抗分析仪测量相应样品的巨磁阻抗比与磁各向异性。研究结果表明,在450℃下施加不同应力退火的样品仍然处于非晶结构状态,并且在应力为112.1 MPa的条件下产生优异的磁性能,样品的最大巨磁阻抗比达到了1818.7%,是自由退火条件下最大巨磁阻抗比的1.9倍,同时能够改变巨磁阻抗曲线的形状,使Fe基合金薄带的巨磁阻抗曲线具有宽线性的特性。对实验数据进行拟合后发现,样品的最大巨磁阻抗比和磁各向异性场与外加应力都具有线性关系,磁感灵敏度与外加应力具有负指数关系。通过探究发现具有非晶结构的Fe基合金薄带的磁学性能对应力敏感,可以作为研究非晶纳米晶合金材料应力敏感问题的另一个新方向。     

脉冲磁场退火对纳米晶复合Nd8.5Fe77Co5Zr2.7Ga0.6B6.2永磁合金磁性能的影响

对快淬Nd8.5Fe77Co5Zr2.7Ga0.6B6.2合金,采用脉冲磁场下热处理的方法制备纳米晶复合永磁材料,研究脉冲磁退火对合金的晶化过程、相组成、交换耦合作用以及磁性能的影响,结果表明,同常规退火相比,脉冲磁退火降低了合金的最佳退火温度,改善了合金的微结构,从而增强了软、硬磁性晶粒间的交换耦合作用,明显提高了合金的磁性能,经670℃脉冲磁退火后合金具有最佳的磁性能,即iHc=586kA/m,Jr=1.01T,(BH)max=138kJ/m3,最大磁能积比常规退火工艺条件下提高了15%。     

淬态非晶FeSiB薄带的各向异性及其巨磁阻抗效应

采用单辊快淬法制备了Fe_(75)Si_9B_(13)非晶薄带。磁阻抗测试显示,淬态非晶FeSiB合金薄带具有显著的巨磁阻抗效应(GMI),在7 MHz频率下,纵横向最大阻抗比分别达到30%和29%。磁畴结构观察表明,薄带样品磁畴结构为具有一定的横向取向的180°条形畴,易轴与样品横向夹角约为75°。磁电阻变化与样品各向异性变化没有直接关系,相比磁阻抗,磁感抗更确切地反映了磁矩转动磁化行为和样品各向异性场的大小,易轴具有一定的横向取向以及薄带各向异性在厚度方向的空间分布是影响其GMI变化特性的原因。分析了磁电阻、磁感抗对样品巨磁阻抗效应的影响,发现,低频下,磁电阻对磁阻抗变化起主要作用,随着趋肤效应增强,样品磁感抗逐渐成为影响磁阻抗变化行为的主要方面。     

具有SAF结构的IrMn基自旋阀材料的磁场退火研究

用磁控溅射法制备了被钉扎层为反铁磁(SAF)结构(CoFe/Ru/CoFe)的IrMn基顶钉扎自旋阀材料, 分别采用HRTEM、AFM、XPS对材料的结构和成分进行表征。首先, 制备的自旋阀材料分别在200℃、245℃、255℃、265℃的真空条件(＜10^-5 Pa)下退火4 h, 发现经265℃退火, 自旋阀材料会发生明显的层间扩散, 从而引起磁电阻率的降低。在选择合适退火温度(245℃)的基础上, 研究了退火磁场对自旋阀材料磁电阻率的影响。在245℃的真空环境下, 沿着材料的钉扎方向分别施加大小为80、160、240、400、560 kA/m的磁场退火4 h。实验发现经过80和160 kA/m的磁场退火后, 材料的磁电阻率由退火前的8.80%分别下降到5.87%和6.31%; 经240 kA/m的磁场退火后材料的磁电阻率变为7.91%; 经400 kA/m的磁场退火后磁电阻率增大到9.89%; 经560 kA/m的磁场退火后磁电阻率进一步增大到10.79%, 比退火前增加了22.6%。     

三明治结构FeNi/Cu/FeNi多层膜巨磁阻抗效应研究

采用MEMS技术在玻璃基片上制备了三明治结构FeNi/Cu/FeNi多层膜,在1～40 MHz范围内研究了FeNi/Cu/FeNi多层膜中的巨磁阻抗效应特性.当磁场Ha施加在薄膜的长方向时,巨磁阻抗效应随磁场的增加而增加,在某一磁场下达到最大值,然后随磁场的增加而下降到负的巨磁阻抗效应.在频率为5MHz时,巨磁阻抗效应在磁场Ha=800 A/m时达到最大值26.6%.巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及发散有关.另外,当磁场施加在薄膜的短方向时,薄膜表现出负的巨磁阻抗效应,在频率5 MHz、磁场Ha=9600 A/m时,巨磁阻抗效应可达-15.6%.     

低频脉冲磁场处理Co_(60.15)Fe_(4.35)Si_(12.5)B_(15)非晶合金薄带巨磁阻抗效应的研究

对Co60.15Fe4.35Si12.5B15非晶合金薄带进行了低频脉冲磁场处理,M ssbauer谱分析及透射电镜观察表明样品发生了纳米晶化,处理过程样品温升ΔT≤5℃,在直流磁场Hex为0.296kA/m、交变驱动电流频率为2MHz时,磁阻抗比值达255%。实验表明,材料的巨磁阻抗效应与低频脉冲磁场的频率、强度有关,同时低频脉冲磁场处理致非晶合金纳米晶化创新了一种获得巨磁阻抗效应新的处理工艺。     

FeSiB/Cu/FeSiB多层膜巨磁阻抗效应研究

用磁控溅射法在玻璃基片上制备了FeSiB/Cu/FeSiB多层膜,在100kHz～40MHz范围内研究了FeSiB/Cu/FeSiB多层膜中的巨磁阻抗效应特性.当磁场强度Ha施加在薄膜的长方向时,巨磁阻抗效应随磁场的增加而增加,在某一磁场下达到最大值,然后随磁场的增加而下降到负的巨磁阻抗效应.在频率为3.2MHz时,在磁场强度Ha=2400A/m时巨磁阻抗变化率达到最大值13.50%;在磁场强度Ha=9600A/m时,巨磁阻抗变化率为-9.20%.巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及发散有关.另外,当磁场施加在薄膜的短方向时,薄膜表现出负的巨磁阻抗效应,在频率为3.2MHz,磁场强度Ha=9600A/m时,巨磁阻抗变化率可达-12.50%.     

驱动电流对复合结构丝GMI效应的影响

通过化学镀方法在直径为90μm的铜丝上制备了NiCoP/Cu复合结构丝,研究了驱动电流幅值和频率对复合丝的巨磁阻抗效应和磁场灵敏度的影响.研究发现驱动电流幅值增加时能显著增强复合丝巨磁阻抗效应和增加磁场灵敏度.电流大小和频率会改变GMI曲线峰值对应磁场Hp.结果可以用磁化过程和非线性效应来解释.     

铁基巨磁阻抗薄膜的研究

溅射方法制备的非晶Fe68Cu0 .5Cr4 V5Si13 .5B9薄膜 ,通过适宜的退火处理得到具有纳米α Fe(Si)和非晶母相的混合结构和最佳的软磁性能 ,相应的巨磁阻抗值最高可达 72 %。本文着重研究了热处理条件、薄膜组织结构、软磁性能以及驱动电流频率对Fe68Cu0 .5Cr4 V5Si13 .5B9薄膜磁致阻抗的影响。     

Fe-Nd-B-Zr块体非晶合金的形成能力和磁性能

以Fe-Nd-B系块体非晶合金为前驱体制备永磁材料。在Fe70Nd10B20三元合金及其邻近成分点中微量添加Zr元素,采用熔体旋淬法和铜模喷注法制备样品,通过XRD和DSC表征非晶形成能力。对Fe70Nd9B20Zr1块体非晶合金进行退火晶化处理,采用XRD分析晶化产物,通过VSM表征不同晶化阶段的磁性能。结果表明,合金体系的非晶形成能力得到提高,在Zr原子分数为1%时获得临界尺寸为2mm的块体非晶合金;Fe70Nd9B20Zr1块体非晶合金在946K,600s退火时得到最佳硬磁性能,剩磁(Br)、内禀矫顽力(iHc)和最大磁能积(BH)max分别为0.54T,348kA/m和24.1kJ/m3。该合金体系可应用于直接通过铸造和热处理工艺制备块体纳米复合永磁材料。