（凝聚态物理专业论文）fecosio2（mgf2）纳米颗粒膜的高频软磁特性.pdf

a b s t r a c t 摘要 随着电磁器件小型化和高性能发展的需要，对软磁材料提出了更高的要求。软磁材 料必须具有高磁导率、高饱和磁化强度、高电阻率和适当大的各向异性，以便有效降低涡 流损耗、提高截止频率。金属一绝缘体纳米颗粒膜是一种新型的软磁材料，它利用金属材 料的高磁导率和绝缘体材料的高电阻率，使得在一种材料中同时具有高磁导率和高电阻率 成为可能，因此这类颗粒膜材料已经成为软磁材料研究的热点之一。 本文中，我们利用射频磁控溅射方法制备了f e 6 s c 0 3 5 s i 0 2 和f e , 5 c 0 3 5 - m g f 2 系列纳 米软磁颗粒膜。利用x r a y 衍射和t e m 得到了样品的微观结构信息；用v s m 和直流四端 法等系统地研究了样品的磁性和电性：利用短路微扰传输线法测量了样品的高频特性：主 要得到了以下结论： 一、结构 利用射频磁控共溅射方法成功制备了f e 6 5 c 0 3 5 s i 0 2 和f e 6 5 c 0 3 5 m g f 2 系列颗粒膜。 h r t e m 明场像显示样品由纳米级( 3 7 n m ) 的磁性金属颗粒均匀地镶嵌在s i 0 2 绝缘介质 中构成，其金属颗粒尺寸随金属体积分数的减小而减小。电子衍射环证明磁性金属颗粒为 体心立方晶体结构。另外，x m y 衍射和h r t e m 研究表明样品的晶粒尺寸基本等于颗粒 尺寸，这说明一个颗粒只包含一个晶粒。 二、磁性 ( 一) f e 6 5 c 0 3 5 - s i 0 2 系统 ( 1 ) 系统地研究了矫顽力h o 随磁性颗粒体积分数x 的变化关系。在x - 0 。7 0 4 8 的宽成分 范围内，得到了很好的软磁性能。最小h c 为1 7 0 e ，最大不超过4 0o e 。如此宽成分范围 内获得优异软磁性能在金属一绝缘体颗粒膜中并不多见。我们认为，这种在很宽的成份范 围内矫顽力都比较小的现象是由于铁磁颗粒间的交换耦合所致。对于f e 6 5 c 0 3 s s i o z 系统， 由于f e 6 5 c 0 3 5 的铁磁性交换长度三“较大( - - - 2 6 0 r i m ) ，使得在很宽的成份范围内，颗粒大 小和间距之和都远小于三。，从而在该成份范围内，颗粒间会发生交换耦合。由于交换耦合 使颗粒的磁矩趋向平行排列，从而平均了单个颗粒的磁晶各向异性，并克服了退磁效应， 摘要 使得样品的平均各向异性显著降低，因此有效地地降低了矫顽力。 ( 2 ) 研究了磁各向异性场h k 随x 的变化。结果表明随着x 的减小，样品的h k 与h c 的变 化趋势相反，先增大后减小，在0 4 8 x 0 7 范围内h k 较大并且在x = 0 5 7 时，h k 最大达到 6 0 0 e ；说明在交换耦合比较强的区域，h k 有较大的值。 ( 3 ) 对于x - o 4 8 的样品，i - l - 3 0 0 e ，p = 1 1 0 x 1 0 4l a q , e m ，同时具有明显的单轴各向异 性，如此高的电阻率和好的软磁性在纳米颗粒膜系统中不多见，预示该样品具有很好的高 频应用前景。 ( 4 ) 用6m ( h ) 曲线对不同成份样品的研究表明样品的颗粒间存在铁磁性相互作用，即 交换耦合作用。并进一步用6m ( h ) 曲线研究了颗粒间这种相互作用的大小和变化趋势， 发现随着x 的减小颗粒间交换耦合先增大后减小，在x = o 5 7 时达到最大值。这是由于其微 结构满足实现交换耦合的最佳条件，颗粒之间交换耦合最强之故。 ( 5 ) 穆斯堡尔谱测量结果表明： 1 ) 交换耦合起显著作用的样品，磁矩位于膜面内或与膜面成一较小的角度。在x = 0 5 7 时，磁矩与膜表面成的度角e = o 。，磁矩完全躺在膜面内，x = 0 5 2 的样品，磁矩也几乎躺 在面内：而对于其他的样品由于颗粒间交换耦合较弱导致磁矩较大地偏离膜面。 2 ) 随x 减小，超精细场h f 下降，这与饱和磁化强度( 地) 随x 下降的规律一致，说 明了颗粒表面效应导致磁性减小。 3 ) 随x 增大，线宽增加，系由于界面效应所致。 4 ) 对x 非常低的样品，如：x = o 2 2 ，穆斯堡尔谱呈现单峰，系由于超顺磁性所致。 ( - - ) f e 6 5 c 0 3 5 一m g f 2 系统 ( 1 ) 溅射功率的大小对样品的晶体结构以及能否实现软磁性具有重大影响。在6 0w 功率下制备的样品具有小的矫顽力，普遍小于1 0o e ；而2 0 0 w 下制备的样品矫顽力很大， 系由f e f 2 相的出现导致。 ( 2 ) 对在6 0 w 溅射功率下制备的样品，系统地研究了矫顽力h c 随体积分数x 的变化 关系。在o 5 x 0 9 的范围内，h c 先减小后增大，并在x = 0 6 2 处，矫顽力有极小值，h c = 6 2o e 。饱和磁化强度随x 的减小而减小，其原因与f e 6 5 c 0 3 5 s i 0 2 的一致。 ( 3 ) 6m ( h ) 曲线的研究结果表明：f e 6 5 c 0 3 5 m g f 2 系统颗粒间的相互作用为类铁磁 a b s t r a c t 性的相互作用，即交换耦合，它导致了低的矫顽力和高的磁导率。 三、高频特性 利用短路微扰传输线法测量了样品的高频特性。 ( 1 ) 对于f e 6 5 c 0 3 5 - s i 0 2 系统，在o 4 8 x 0 7 宽的范围内，获得了很好的高频性质， 具有很高的磁导率。和铁磁共振频率。力；并且在这一范围内样品具有很高的电 阻率p ，颗粒薄膜的这些性质预示着这种样品具有很好的高频应用前景。 ( 2 ) 对于x = o 5 7 的f e 6 5 c 0 3 5 - s i 0 2 典型样品，在 o 6 8 时，p o c t 2 ，电阻温度系数为正，即具有金属性导电机制。 ( 二) 在过渡区，当0 4 8 x 0 6 8 时，电阻率具有负的温度电阻系数。在6 0k t 2 9 0k 的区间内对测量数据进行拟合，结果发现p o c l o g ( 1 t ) ，这说明过渡区样品在6 0 k 到室温 的区间内，其电导机制是增强的局域化的电子一电子相互作用。 ( 三) 在介质区，x 0 3 8 时，电阻温度系数为负的，l n p o c t - u 2 与实验曲线吻合，说明导电 机制为热激发电子隧穿性电导。 i va b s t r a c t a b s t r ac t h i g hf r e q u e n c ys o f tm a g n e t i ct h i nf i l m s ，u s e di ne l e c t r o m a g n e t i cd e v i c e sa sh i g hf r e q u e n c y c o m p o n e n t s ，s u c ha si n d u c t i v ed e v i c e sa n dm a g n e t i ch e a d s ，a r ei n c r e a s i n g l yi nd e m a n dw i t h r a p i di m p r o v e m e n ta n dm i n i a t u r i z a t i o ni ne l e c t r o m a g n e t i cd e v i c e s t h eb a s i cd e m a n d sf o rs o f t m a g n e t i cf i l m so p e r a t e di nt h eg h zr a n g ei n c l u d eh i 曲r e s i s t i v i t yp ，h i 曲p e r m e a b i l i t y 例，h i 曲 s a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o nm sa n da p p r o p r i a t ea n i s o t r o p yf i e l dh ks oa st oe f f e c t i v e l ys u p p r e s s e d d yc u r r e n tl o s sa n dt op o s s e s sh i g hf e r r o m a g n e t i cr e s o n a n c e ( f m r ) f r e q u e n c yf r ( w h i c h d e t e r m i n e st h ec u t - o f ff r e q u e n c yf o rh i g hf r e q u e n c ya p p l i c a t i o n ) g r a n u l a rf i l m sc o n s i s t i n go f m a g n e t i cm e t a lm a n e p a r t i c l e sd i s t r i b u t e du n i f o r m l yi ni n s u l a t o rm a t r i xa r eo n eo ft h eb e s t c a n d i d a t e sf o rr e a l i z i n gt h i sp u r p o s e t h e s ef i l m sh a v et h ea d v a n t a g e so fh i g hp e r m e a b i l i t y ( h e n c el o wc o e r c i v i t yh e ) o fm a g n e t i cm e t a la n dh i 曲r e s i s t i v i t ypo fi n s u l a t o r , m a k i n gi t p o s s i b l ef o rh i g hpa n dh i g hpi ns a m em a t e r i a l s c o n s e q u e n t l y , t h e s en e wk i n d so fg r a n u l a rf i l m s h a v e b e e no n eo f t h ec u r r e n th o tt o p i c s i nt h i sw o r k ，t w os e r i e so fs o f tm a g n e t i cn a n o g r a n u l a rf i l m sf e c o s i 0 2s y s t e ma n d f e c o - m g f 2s y s t e mw e r ef a b r i c a t e db ym a g n e t r o ns p u t t e r i n g t h es t r u c t u r e so ft h es a m p l e sw e r e c h a r a c t e r i z e db yx - r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) a n dh i g hr e s o l u t i o nt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e 峋w h i l et h em a g n e t i cp r o p e r t i e sa n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e sw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h r o u g hv i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) a n df o u rp o i n t sm e t h o d m e a n w h i l e ，t h e h i g h f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xp e r m e a b i l i t yw e r eo b t a i n e db yu s i n gt h es h o r t e d m i c r o s t r i pt r a n s m i s s i o n l i n ep e r t u r b a t i o nm e t h o d i no r d e rt oe x p l a i nt h eo r i g i no fs o f tm a g n e t i c p r o p e r t i e s ，t h ei n t e r a c t i o na m o n gp a r t i c l e sw a se x p l o r e db y6 mf f i ) p l o t t h em a i nc o n t e n t sa r e b r i e f l yi n e d u c e da sf o l l o w s ： i s 仃u c t u r e f e 6 5 c 0 3 s s i 0 2a n df e 6 5 c 0 3 5 - m g f 2f i l m sw e r es u c c e s s f u l l yf a b r i c a t e d b ym a g n e u o n s p u t t e r i n g t h et e mb r i g h tf i e l ds h o w st h em e t a lp a r t i c l e sw i t hs i z eo f6 - 7 n ma r ee m b e d d e d u n i f o r m l yi ni n s u l a t i n gs i 0 2m a t r i x t h ep a r t i c l es i z ed e c r e a s e sw i t ht h ed e c r e a s i n go ft h em e t a l v o l u m ef r a c t i o n t h ee l e c t r o n i cd i f f r a c t i o np a t t e r nf u r t h e rc o n f i r m st h a tt h e s es a m p l e sa r eb c c a b s t r a c t v s t r u c t u r e s i na d d i t i o n t h er e s u l t so fx r da n dt e mi n d i c a t et h a tt h ec r y s t a ll i t es i z ei sc l o s et o t h a to fp a n i c l e s i i m a g n e t i s m ( i ) ( f e 6 5 c 0 3 5 ) - s i 0 2s y s t e m ( 1 ) t h ed e p e n d e n c eo fc o e r c i v i t yh oo nm e t a lv o l u m ef r a c t i o nx w a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d i n t h ew i d er a n g eo 5 x 0 7 ，h c ed o e sn o te x c e e d4o e ，n a m e l y ，g o o ds o f tm a g n e t i c p r o p e r t i e sa r eo b t a i n e di nt h i sw i d ex r a n g e t h e s ee x c e l l e n ts o f tm a g n e t i cp r o p e r t i e si nt h e f e c o s i 0 2s y s t e mc a nb eu n d e r s t o o db ye x c h a n g ec o u p l i n gb e t w e e nf e c op a n i c l e s f o r f e 6 5 c 0 3 5 ，t h ee x c h a n g el e n g t hl 露c a nb ec a l c u l a t e do u tt ob ea b o u t2 6n m ，w h i c hi sm u c h l a r g e rt h a nt h es u mo fm e t a lp a r t i c l e s i z ea n dt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h e m t h e r e f o r e ， e x c h a n g ei n t e r a c t i o nb e t w e e np a n i c l e sm a y t a k ep l a c ei nt h ew i d exr a n g e ，w h i c ha v e r a g e s o u tt h em a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p yo fi n d w i d u a lp a r t i c l e sa n do v e r c o m e s t h e d e m a g n e t i z a t i o ne f f e c ta sar e s u l t , t h ec o e r c i v i t yh od i m i n i s h e se f f e c t i v e l y ( 2 ) t h ed e p e n d e n c eo fa n i s o t r o p yh ro nm e t a l v o l u m ef r a c t i o nxw a sa l s os y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d w i t hd e c r e a s i n gx ，t h ea n i s o t r o p y 凰i n c r e a s e sf i r s t ，t h e nd e c r e a s e sw h e nx 0 5 7 ，t h et r e n di s c o n t r a r yt ot h a to fh e a l s oi nt h er a n g eo fo 4 8 x 0 7 ，t h em a g n i t u d eo fi - i ki so b v i o u s l y b i g g e rt h a nt h a to fo t h e rs a m p l e s ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h ev a l u eo fh ki sb i g g e ri nt h ex r a n g ew i t hs t r o n ge x c h a n g ec o u p l i n g ( 3 ) f o rt h es a m p l eo f x = 0 4 8 ，l o wc o e r c i v i t yo f 3 0o ea n dg o o di n - p l a n eu n i a x i a la n i s o t r o p ya s w e l la sv e r yh i g hr e s i s t i v i t yo f1 12 x 10 4 u q c mm a k ei tq u i t ep r o m i s i n gf o rt h ea p p l i c a t i o n i nt h eh i g hf r e q u e n c yr a n g e ( 4 ) 8 m ( 功p l o tw a se m p l o y e dt os t u d yt h ei n t e r g r a n u l a ri n t e r a c t i o ns y s t e m a t i c a l l y r e s e a r c h r e s u l t ss h o wt h a t8 mf i r ) i sp o s i t i v ef o ra l ls a m p l e sw i t h0 4 x 1 ，i n d i c a t i n gt h a te x c h a n g e c o u p l i n ge x i s t sa m o n gg r a n u l e s m o r e o v e rt h em a x i m u m v a l u eo f8 m ( h ) m 旺o b t a i n e da t x = o 5 7i n d i c a t e st h a ti n t e r g r a n u l a re x c h a n g ec o u p l i n gi st h es t r o n g e s ta m o n gt h es a m p l e s t h em i c r o s t r u c t u r ew a sa n a l y z e dw i t hh e l po ft h eh i g h r e s o l u t i o nt r a n s m i s s i o ne l e c t r o n m i c r o s c o p y ( 阳m 峋，a n dr e s u l t ss h o wt h a t t h em i c r o s t m c t u r eo fx = 0 5 7s a t i s f i e st h e o p t i m i z a t i o nc o n d i t i o nf o rr e a l i z i n ge x c h a n g ec o u p l i n g ( 5 ) r e s u l t so f m o s s b a u e r m e a s u r e m e n t 1 ) f o rs a m p l e sw i t hs t r o n ge x c h a n g ec o u p l i n g ，t h em a g n e t i cm o m e n tl i e si nt h ef i l mp l a n e 2 ) 3 1 4 ) o rd e p a r t sf r o mt h ef i l mp l a n ew i t hal i t t l ea n g l e f o rt h et y p i c a ls a m p l ew i t hx = o 5 7 ， t h ea n g l e0b e t w e e nm a g n e t i z a t i o na n df i l mp l a n ei s0 。f o ro t h e rs a m p l e s ，d u et ot h e d e c r e a s eo fe x c h a n g ec o u p l i n g ，m a g n e t i cm o m e n t sd e p a r tf r o mt h ef i l mp l a n ew i t ha b i g g e ra n g l e w i t hxd e c r e a s i n g ，t h eh y p e r f i n ef i e l dh fd e c r e a s e s ，w h i c hi s c o n s i s t e n tw i t ht h ef a c t t h a tt h es a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o nm sd e c r e a s e sw i t hx ，i m p l y i n gt h a tt h ei n t e r f a c ee f f e c t o f p a r t i c l e si sa s c r i b e dt ot h ed e c r e a s eo f m s w i t ht l l ei n c r e a s eo fx ，t h el i n e w i d t ho fm o s s b a u e rs p e c t r aa l s oi n c r e a s e s ，w h i c h i s a s c r i b e dt ot h ei n c r e a s eo f t h ei n t e r f a c ee f f e c t f o rs a m p l e sw i t hv e r yl o wf e c ov o l u m ef r a c t i o nx ，( f o re x a m p l e ：t h es a m p l eo f 脊旬2 2 ) ，o n l yo n ep e a ke x i s t s ，b e c a u s e a l lt h ep a r t i c l e sb e h a v ea sp a r a m a g n e t t s m f e c o m g f 2s y s t e m ( 1 ) t h es p u t t e rp o w e rh a si m p o r t a n ta f f e c t i o no nt h ec r y s t a ls t r u c t u r ea n dt h es o f tm a g n e t i c p r o p e r t i e s f o rt h es a m p l e sf a b r i c a t e db y6 0w s o f tm a g n e t i cp m p e m e sw e r eo b t a i n e dw i t h c o e r c i v 岫乩l o w e rt h a n1 0o e ，w h i l ef o rt h es a m p l e s f a b r i c a t e db y2 0 0w ，t h ec o e r c i v i t yr - i i sm u c hh i g h e rt h a nt h o s eo ft h es a m p l e sf a b r i c a t e db y6 0w b a s e do nt h ea n a l y s eo fx r d ， t h ea p p e a r a n c eo ff e f 2i st h eo r i g i no ft h ed e g e n e r a t i o no f s o f tm a g n e t i cp r o p e r t i e s ( 2 ) f o rt h es a m p l e sf a b r i c a t e db y6 0w i nt h er a n g e0 5 x 0 9 ，h cd e c r e a s e sf i r s t ，r e a c h i n g m em i l l i r i l u mo f7 2o ea tx - - - 0 6 2 ，t h e ni n c r e a s e sw i t hd e c r e a s i n gx t h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o na l s od e c r e a s e sw i t ht h ed e c r e a s eo f m e t a lv o l u m ef r a c t i o n t h eo r i g i no fm s d e c r e a s ei sa ss a m ea st h a ti nf e c o s i 0 2s y s t e m ( 3 ) r e s u l t sf r o mt h e 6m ( h ) p l o t ss h o wt h a tt h eo r i g i no fg o o ds o f tm a g n e t i cp r o p e r t i e si st h e e x c h a n g ec o u p l i n gb e t w e e ng r a n u l e s h i g hf r e q u e n c yp r o p e r t i e so fg r a n u l a r f i l m s ( 1 ) t h eh i g h f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xp e r m e a b i l i t y w e r eo b t a i n e db yu s i n gt h e s h o r t e dm i c r o s t r i pt r a n s m i s s i o n 1 i n ep e r t u r b a t i o nm e t h o d f o rf e c o s i 0 2s y s t e m ，i nt h e r a n g eo f0 4 8 0 6 8 ，t h et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to fr e s i s t i v i t y ( t c r ) i sp o s i t i v e a n ds a t i s f i e spo ct 2 ，w h i c hi n d i c a t e st l l a tt h em e t a l l i cc o n d u c t i o nm e c h a n i s me x i s t si nt h e f i l m s ( 2 ) i nt h et r a n s i t i o nr e g i o n ，n a m e l y0 4 8 x 0 7 ，t c ri sn e g a t i v ea n ds a t i s f i e s p o c l o g ( 1 t ) ， i n d i c a t i n gt h a t t h ec o n d u c t i v em e c h a n i s mi st h e s t r o n gl o c a l i z e de l e c t r o n - e l e c t r o n i n t e r a c t i o n ( 3 ) i nm e d i u mr e g i o n ，n a m e l yi nt h er a n g eo f x o 3 8 ，t c ri sn e g a t i v ea n dl n p o c t v 2 h o l d s ， w h i c hc o n f i r m st h a tt h ee l e c t r o n st u n n e l i n gi st h em a i nc o n d u c t i v em e c h a n i s m 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的 成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内 容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对 本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：遗北蚪日 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本 人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部 门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段 保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术 论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 岬新躲避一蚴如臼 第一章概述 1 1 研究背景： 第一章概述 在现代的电子器件中，软磁材料是其基本组成之- 1 5 】。对软磁材料持续不断的研究 以及越来越多高性能软磁材料的出现极大地提高了现代电子器件的性能。这些器件主要是 变压器、电动机、发电机、电感线圈等的磁芯以及各种高频传感器等。 软磁材料的研究和应用始于十九世纪末。随着电力工业及电讯技术的兴起，开始使用 低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁 等。到二十世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直 到现在硅钢片在电力工业使用的软磁材料中仍居首位。到上世纪二十年代，无线电技术的 兴起，促进了高磁导率材料的发展，出现了坡莫合金磁粉芯等。从四十年代到六十年代， 随着科学技术的飞速发展，雷达、电视广播、集成电路的发明等，由此对软磁材料的要求 也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入七十年代，随着电讯，自动控制， 计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了 另一类材料一非晶态软磁合金。这是由于速凝技术( t h er a p i ds o l i d i f i c a t i o n t e c h n o l o g y ，r s t ) 的发现，从而出现了这种新型的性能优异的软磁材料。r s t 是指将金属 从高温以1 0 4 一1 0 7 k s 甚至更高的降温速率降到室温，从而得到新的组成和结构 6 。用r s t 技术制备的非晶软磁材料是过去三十年发展起来的一种主要的软磁材料。非晶软磁材料主 要有f e 基和c o 基非晶材料 7 ，8 。这类材料通常具有高强度、高耐腐蚀性和高电阻率的特 性。f e 基非晶态合金通常具有较高的展，f e n i 基非晶态合金通常具有较高的1 2 值，而c o 基非晶态合金通常具有低的饱和磁致伸缩系数入。非晶软磁材料所呈现的杰出的软磁特性 可以代替应用在几瑚z 的频率范围内的传统的软磁材料。 八十年代以来，由于计算机网络和多媒体技术，高密度记录技术和高频微磁器件等的 发展和需要，要求各种元器件高质量、小型化、轻质量，这就要求制造这些器件所用的软 2 f e c o s i 0 2 ( m g f 2 ) 纳米颗粒膜的高频软磁特性 磁合金等金属功能材料不断提高性能，向薄小化且高稳定性发展。 1 9 8 8 年，y o s h i z a w a 等人 9 ，1 0 首次报道了一类显示出优异软磁性能的新型f e 基 合金及其在共模扼流圈中的成功应用。它的成分是f e 7 3 5 s i l 3 5 8 9 c u l n b 3 ( a t ) ，商品名 称为“f i n e m e t ”。这是一种典型的f e s i b 非晶合金的成分，但添加了少量的c u 和n b 。 制备时，先用熔融快淬法( 单辊法) 制得厚度为2 0 5 0pm 的非晶态薄带。然后在适当温 度( 如8 2 3k ) 下退火，使其部分晶化，从而得到由纳米晶粒和残余非晶态基体所组成的 显微组织，其中纳米晶粒的成分为体心立方结构( b b c ) 的f e 8 0 s i 2 0 ( a t ) ，各晶粒的磁化 强度取向是混乱的，典型晶粒尺寸为1 0 1 5n m 。不同晶粒之问的间距只有1 2n m 。这种新 型f e 基合金在性能上具有低损耗、高磁导率和饱和磁致伸缩趋近于零的特点，和坡莫合 金以及c o 基非晶态合金不相上下，但却有更高的饱和磁感应强度b s ( 高达1 3t ) 。它 们的最大特点正是在于内部结构的纳米化和具有优异的软磁性能，因此被称为纳米晶软磁 材料。通常，将纳米晶表示为：皿- 均( t e ，m ，慨，其中1 1 l 代表前面的( 铁磁性) 过渡 金属元素( 如f e 、c o 、n i 等) ，t e 是前面的( 非磁性) 过渡金属( 如z r 、n b 、h f 、t a 等) ， m 是非金属( 如b 、p 、s i 等) ，n m 是贵金属( 如c u 、a g 、a u 等) 。在这种组合中，x 一般小于o 2 ，1 l 要尽可能多。加入非金属是为了促进前驱物中的玻璃体形成。而加入贵 金属可以形成更好的纳米晶相。由于玻璃体在纳米晶晶化之前形成，从而限制了纳米晶的 成份。这种合金有可能形成单相( i 型) 。但是，通常会形成由纳米晶铁磁相和颗粒边界处 的非晶相组成的两相材料( 型) 。1 1 型纳米晶合金通常具有如下性质：( 1 ) 相对高的电阻 率( 5 0 8 0 皿, c m ) ( 2 ) 低的磁晶各向异性( 3 ) 强的机械强度。由此可见，纳米晶合金有 很好的应用前景【1 1 1 6 】。 纳米晶f e s i - b n b c u 合金的商业名称为f i n e m e t 1 7 18 】。而基于f e - m - b c u 的软 磁材料其商业名称为n a n o p e r m 1 9 。这种f e - m - b c u ( m = z r 、n b 、h f 等) 纳米合金具 有很小的磁致伸缩系数和很高的磁导率。最近，f e ( c o ) m b c u ( m = z r 、n b 、h f 等) 被发 现具有非常高的饱和磁化强度( 1 6 2 i t ) ，其磁导率和居里温度也很高。这种材料被称 为h i t p e r m 1 8 2 0 】。在f i n e m e t 合金中，仅f e s i 纳米颗粒以d 0 3 结构存在，而在 n a n o p e r m 合金中，a - f e 以b e c 结构存在。在h i t p e r m 合金中，由于纳米晶伍和伍b c e