應(yīng)力-應(yīng)變不敏感磁性薄膜的制備與物性研究.pdf

1、磁性材料無(wú)論塊體還是薄膜，自發(fā)磁化后不僅具有獨(dú)特的磁性，而且當(dāng)磁性材料受到非磁場(chǎng)因素（力，熱，電，光等）作用時(shí)，將產(chǎn)生相應(yīng)的自旋-軌道耦合作用。應(yīng)力調(diào)控是一種高效、簡(jiǎn)便的物理手段用來(lái)研究非磁場(chǎng)因素與材料的相互作用。因此，研究應(yīng)力對(duì)磁性薄膜材料的調(diào)控規(guī)律對(duì)基于磁性材料薄膜的器件有著重要的作用。在應(yīng)力調(diào)控磁性材料磁學(xué)性能的過(guò)程中，涉及到一個(gè)重要的物理效應(yīng)，就是磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮效應(yīng)(magnetostrictive effect)是指磁

2、性材料的磁化狀態(tài)隨著外場(chǎng)方向的改變而發(fā)生改變的現(xiàn)象，在傳感器、制動(dòng)器、線性電器等功能器件與設(shè)備當(dāng)中，都利用到這一效應(yīng)。
　　另外，對(duì)磁性材料而言，磁各向異性是磁性材料的重要內(nèi)秉參量之一，不僅決定著磁性材料的磁矩取向和矯頑力，也會(huì)影響到磁性器件的工作頻率乃至功耗。磁性材料針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)磁各向異性大小有著不同的要求。研究磁各向異性可控的磁性材料的調(diào)控方法和機(jī)理一直是個(gè)磁性材料和磁性物理中的核心問(wèn)題之一。另一方面，如何獲得磁各向異

3、性可控的磁性薄膜的連續(xù)制備方法也是降低磁性材料與器件應(yīng)用成本的有效途徑。相對(duì)于制備在剛性襯底的磁電薄膜和器件，將磁性材料沉積在柔性襯底上，利用柔性襯底的可彎曲性以及柔韌性，能夠有效改變磁性材料的磁學(xué)性能，尤其是對(duì)應(yīng)力敏感的磁各向異性。本文圍繞柔性襯底聚酰亞胺(PI)制備的非晶CoFeB磁性薄膜展開(kāi)一系列研究工作。主要內(nèi)容如下:
　　1.將具有正磁致伸縮系數(shù)的非晶CoFeB磁性薄膜沉積在預(yù)彎曲的柔性聚酰亞胺(PI)襯底上，將磁性薄膜

4、從襯底上取下展平時(shí)，薄膜受到來(lái)自襯底的應(yīng)力，由于受到磁彈耦合作用，在磁性薄膜中將產(chǎn)生由應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)通過(guò)應(yīng)力誘導(dǎo)出的磁各向異性是單軸各向異性，并且在制備過(guò)程中通過(guò)改變?nèi)嵝砸r底的曲率半徑，達(dá)到對(duì)制備后的磁性薄膜施加不同壓應(yīng)力的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其磁各向異性的有效調(diào)控。此外，對(duì)薄膜的厚度、緩存層的種類、柔性襯底的種類和厚度等因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)設(shè)計(jì)不同曲率半徑的裝置，可以在不同的柔性襯底上實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚度的磁

5、性薄膜的磁各向異性的有效調(diào)控。另外，基于這一調(diào)控磁各向異性的方法，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種薄膜制備裝置有望實(shí)現(xiàn)磁各向異性可控的柔性磁性薄膜的連續(xù)制備。
　　2.利用應(yīng)力和磁場(chǎng)兩者都能誘導(dǎo)出磁性薄膜的磁各向異性這一特性，我們提出了一種能夠制備對(duì)應(yīng)力不敏感的磁性薄膜的方法。一方面利用彎曲生長(zhǎng)能夠在磁性薄膜中誘導(dǎo)一個(gè)明顯的單軸各向異性，另一方面在制備的過(guò)程中施加一個(gè)大于矯頑力的磁場(chǎng)，使得在垂直于彎曲方向再誘導(dǎo)出一個(gè)磁各向異性，這種方法使得制備后的