TbFeCo磁光薄膜的制备和性能研究

论文摘要

本文采用磁控溅射方法制备了TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/Si系列薄膜并对溅射工艺进行了详细研究,分析了TbFeCo薄膜的生长机理,还对其光学性质、磁性质和磁光性质进行了研究。同时还用反应溅射方法制备了用作保护膜的AIN、SiN薄膜,并对其光学性质进行了研究。首先采用X射线能量色散谱仪（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）分析了溅射气压对TbFeCo薄膜结构和成分的影响,结果表明,溅射时Ar气压强对TbFeCo薄膜的成分有明显的影响,当溅射气压为2.0 Pa时,薄膜的成分与靶材成分最为接近。用X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分别对TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/Si薄膜的结构和表面形貌进行了分析和表征。XRD和SEM测试的结果证实磁控溅射制备的TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/Si均是非晶薄膜。其次采用全自动椭圆偏振光谱仪测量了TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/Si薄膜在光子能量为1.5-4.5 eV范围内的椭偏光谱。分析了制备工艺（溅射气压、溅射功率和Ar气流量）和Ag膜厚度对TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/Si薄膜光学性质的影响,结果表明,制备过程的工艺参数如工作气压、溅射功率和Ar气流量对薄膜的光学性质有明显的影响:介电函数实部ε1随溅射气压的增加而增加,随溅射功率的增加先减小再增加,而随Ar气流量变化的关系则较为复杂。介电函数虚部ε2随溅射气压的增大而减小,随溅射功率的增加先增大再减小,而与Ar气流量的关系则较为复杂。本文中还对Ag/Si、Ag/TbFeCo/Si、TbFeCo/Si薄膜样品的光谱进行了比较分析,用Drude模型和量子跃迁理论对实验结果进行了分析。分析发现,实验结果和Drude模型是吻合的。此外,对AlN和SiN薄膜的光学性质测量的结果表明衬底温度对AlN的生成是较重要的,而反应溅射中活性气体与工作气体的比例对产物生成的影响相对较小。最后对制备的Ag/TbFeCo/Si、TbFeCo/Si和Ag/TbFeCo/K9、TbFeCo/K9系列磁光薄膜的磁光性质和磁性质分别进行了测量和分析。结果表明,Ag保护膜厚度对TbFeCo磁光薄膜的磁光性质和磁性质都会产生影响显著的影响。当Ag膜较薄时（膜厚小于51nm）,在短波范围观察到显著的Kerr增强效应;而当Ag膜较厚时（膜厚大于102 nm）,就观察不到这种短波Kerr增强效应了。测量结果还显示本研究中制备的TbFeCo薄膜其面内磁化曲线或Kerr回线具有良好的矩形比,而垂直于薄膜表面的磁化曲线则退化为一条直线,表明本研究中制备的TbFeCo薄膜是面内磁化,而非垂直磁化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磁光存储的研究现状
• 1.2 磁光存储的基本原理
• 1.3 磁光存储介质的研究现状及趋势
• 1.3.1 理想的磁光记录材料应具备的基本性能
• 1.3.2 第一代磁光薄膜非晶态RE-TM合金薄膜
• 1.3.3 第二代磁光薄膜—Pt（Pd）/Co多层膜
• 1.3.4 MnBi合金膜
• 1.3.5 其它磁光存储材料
• 1.3.6 磁光记录介质的主要参数
• 1.4 提高磁光盘存储密度的技术
• 1.4.1 短波长磁光记录和读出技术
• 1.4.2 磁致超分辨（MSR）读出技术
• 1.4.3 畴壁移动检检测技术（DWDD）
• 1.4.4 磁畴放大读出技术（MAMMOS）
• 1.4.5 三维磁光记录技术
• 1.5 稀土-过渡族金属TbFeCo磁光记录薄膜研究的进展和和需要解决的问题
• 第二章 样品制备
• 引言
• 2.1 磁控溅射的制备原理
• 2.1.1 直流磁控溅射法
• 2.1.2 射频溅射法
• 2.1.3 JGP560CVⅢ型磁控溅射仪简介
• 2.1.4 溅射产额
• 2.2 衬底的处理方法
• 2.3 TbFeCo系列样品的制备
• 2.4 AlN、SiN保护层的制备
• 2.4.1 反应溅射工作原理
• 2.4.2 AlN、SiN薄膜的制备
• 2.5 本章小结
• 第三章 TbFeCo薄膜成分和结构分析
• 引言
• 3.1 X射线能量色散谱仪（EDS）的测试结果及分析
• 3.1.1 EDS的工作原理
• 3.1.2 EDS的测量结果及分析
• 3.2 X射线衍射仪（XRD）的测试结果及分析
• 3.2.1 TbFeCo/Si的测试结果及分析
• 3.2.2 Ag/TbFeCo的测试结果及分析
• 3.3 TbFeCo薄膜的表面形貌表征
• 3.3.1 SEM测试结果及分析
• 3.3.2 AFM测试及结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 光学性质分析
• 引言
• 4.1 椭圆偏振光谱仪原理
• 4.1.1 测量原理
• 4.2 溅射工艺对TbFeCo薄膜光学性质的影响
• 4.2.1 气压对TbFeCo薄膜光学性质的影响
• 4.2.2 溅射功率对TbFeCo薄膜光学性质的影响
• 4.2.3 Ar气流量对TbFeCo薄膜光学性质的影响
• 4.3 对Ag/Si、Ag/TbFeCo/Si、TbFeCo/Si系列样品的椭圆偏振光谱分析
• 4.3.1 Ag厚度对Ag/TbFeco/Si薄膜光学性质的影响
• 4.3.2 Ag/Si、Ag/TbFeCo/Si、TbFeCo/Si样品的光谱比较
• 4.3.3 不同衬底对TbFeCo薄膜的光学性质的影响
• 4.4 保护膜AlN和SiN薄膜的光学特性与溅射工艺的关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 磁光性质及磁性分析
• 引言
• 5.1 TbFeCo薄膜的磁光性质
• 5.1.1 Ag保护膜对TbFeCo薄膜磁光性质的影响
• 5.1.2 Ag保护膜厚度对TbFeCo薄膜磁光性质的影响
• 5.2 TbFeCo薄膜的磁性质
• 5.2.1 没有Ag保护膜时TbFeCo磁光薄膜的磁性质
• 5.2.2 加Ag保护膜后TbFeCo磁光薄膜的磁性质
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:发表论文及参加课题