厚度对FeN薄膜结构与磁性能的影响

利用射频磁控溅射的方法在常温下制备一系列不同厚度的FeN薄膜,分析薄膜厚度对其微结构与磁特性的影响。研究表明,在常温下制备的FeN薄膜,都呈现出较为明显的非晶纳米晶结构,没有出现FeN结晶相,样品矫顽力随薄膜厚度增大先增大后减小。当薄膜厚度为40nm时,具备较为明显的软磁性能,且在外磁场诱导下样品呈现出明显的面内单轴磁各向异性;当厚度为80 nm时,薄膜表面呈现出条纹畴结构,面内单轴磁各向异性消失,表现出较弱的垂直磁各向异性;当厚度分别为120 nm、180 nm以及240 nm时,依然没有面内单轴各向异性,逐步呈现出迷宫畴结构。对40 nm和80 nm厚薄膜的磁谱测试结果显示,前者的自然共振频率为2 GHz,后者呈现出多个共振峰。经过430℃保温5 h条件下真空退火后所有样品都表现出明显的结晶现象,主要包含γ'-Fe_(4)N相和ε-Fe_(3)N相,其中120nm厚样品为较为纯净的γ'-Fe_(4)N相多晶薄膜。

射频磁控溅射制备的FeN薄膜结构与磁性能

采用射频磁控溅射方法在单晶Si(100)基底上制备了一系列FeN薄膜样品,研究了N_(2)与Ar流量比、溅射电流、溅射压强、退火等工艺条件对FeN薄膜结构和磁性能的影响。研究表明,FeN薄膜结构与磁性能与溅射工艺参数密切相关,在气压为0.45 Pa、总流量为100 sccm的情况下,随着N_(2)与Ar流量比的增大,材料软磁性能变弱,矫顽力从24.5 Oe增大到104 Oe,并且面内磁各向异性减弱。在其他条件不变,增大溅射电流时薄膜材料厚度增加,且矫顽力也明显增大,表现出明显的旋转各向异性。对于在430℃×5 h真空退火、总流量为20 sccm、对应不同N_(2)流量比的FeN薄膜,随着N_(2)含量的增加,材料中Fe2N和Fe3N的增多,甚至在某些N_(2)流量比下薄膜呈非磁性。在Ar气和N_(2)流量比为19:1时制备出γ′-Fe_(4)N相结构的多晶薄膜。