纳米晶薄膜芯材及其应用基础研究

论文题目: 纳米晶薄膜芯材及其应用基础研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 蒋向东

导师: 张怀武

关键词: 微磁器件,薄膜磁芯材料,纳米晶软磁合金薄膜,纳米晶颗粒膜,快速循环退火热处理,薄膜电感器

文献来源: 电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: IT系统正向高功率密度化、高频宽带化和大集成阵列化方向发展,要求在更小的基片上集成更多的元器件,除了依靠高密度集成技术的发展外,非半导体器件的共同集成成为制约世界IT发展的瓶颈。在元器件本身必须小型化和薄膜化的进程中,作为微磁器件中最重要的薄膜电感器,尤其能和半导体器件一起集成的薄膜电感器,在现代信息领域中有着广泛的应用前景,一直是国内外研究的热点。同时以薄膜芯材为基础的集成薄膜器件在高速信息传输系统发展进程中发挥着至关重要的作用,因而成为电子信息领域最具吸引力的研究方向之一。软磁薄膜芯材不同于一般的软磁体材。为了维持其优良的频率特性,软磁薄膜的电阻率和饱和磁化强度都要很高,并且具有适度大小的单轴平面各向异性。传统的晶态金属磁性材料具有大的饱和磁感强度而电阻率很小,而铁氧体磁性材料虽然具有大的电阻率,但是饱和磁感强度很小。显然这两种材料很难满足微磁器件对材料的要求。近年来,以Fe（Co）基为主的纳米晶软磁合金膜和纳米晶软磁颗粒膜的研究成为解决上述不足的突破点。经设计与合成的Fe（Co）软磁薄膜同时具备高电阻率、高饱和磁感应强度及宽频带范围的高磁导率特性,是十分理想的微磁器件用磁芯材料。本论文基于单轴各向异性理论设计了几种不同的纳米晶薄膜芯材并对其做了较为系统的研究,提出了全新的薄膜电感的设计理念,并检验了薄膜材料的电感性能。整个论文在理论模型、软件模拟、材料制备、器件设计和性能上都作了探索性和创新性的工作,全文的研究内容如下: （1）详细分析了非晶薄膜合金材料的晶化特点、晶化类型以及等温和变温晶化动力学原理及模型。通过对非晶合金薄膜晶化过程的剖析,提出一种获得纳米晶以及细化软磁薄膜晶粒的方法—快速循环退火法（RRTA）。首次从无规双相各向异性模型和快速循环退火法两方面入手,建立了RRTA纳米晶化动力学模型,给出了软磁薄膜的磁电性能与纳米晶化工艺的关系。建立了软磁薄膜高频阻抗效应的理论分析和模拟。（2）首次研究了CoNbZr非晶软磁薄膜的等温、变温晶化动力学,并进行了结构分析。运用MC方法,编制金属软磁薄膜等温晶化过程的软件模拟系统。首次利用脉冲闪烁热处理方法纳米晶化非晶CoNbZr薄膜,从微结构、磁电性能和磁畴结构等方面系统的分析了CoNbZr纳米尺度效应。实验表明当晶粒大小为10nm左右时,纳米晶软磁薄膜的高频阻抗出现临界跃变,这一结果可归结为纳米尺度效应。（3）采用掺杂稀土离子Dy3+,改进和提高纳米晶CoNbZr薄膜平面各向异性以

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1．1 引言

1．2 微磁器件—薄膜电感研究现状

1．3 薄膜芯材的损耗及应具备的条件

1．4 薄膜芯材研究动态

1．5 本论文主要研究内容与安排

第二章软磁薄膜的晶化与快速循环纳米晶化模型

2．1 非晶软磁薄膜材料的特点

2．2 晶化过程与动力学模型

2．3 快速循环纳米晶化方法

2．4 快速循环纳米晶化量子动力学模型

2．5 纳米晶粒与软磁性能尺度效应关系

2．6 纳米晶软磁薄膜高频阻抗临界效应

2．7 小结

第三章低频段用薄膜电感器用CoNbZr纳米晶软磁芯材研究

3．1 引言

3．2 CoNbZr软磁薄膜晶粒的形成研究

3．3 等温晶化晶粒生长的计算机模拟

3．4 CoNbZr薄膜的纳米尺度效应研究

3．5 纳米晶CoNbZr薄膜结构与性能特征

3．6 纳米晶CoNbZr薄膜磁畴结构研究

3．7 CoNbZr薄膜阻抗的临界纳米尺度效应

3．8 小结

第四章中频段集成薄膜电感用芯材纳米晶(CoNbZr)_(1-x)Dy-x薄膜芯材研究

4．1 引言

4．2 (coNbZr)_(1-x)Dy_x单轴各向异性及磁性的理论模型

4．3 纳米晶化对(CoNbZr)_(1-x)Dy_x薄膜各向异性和磁性的影响

4．4 软磁薄膜的高频动力学磁导率理论

4．5 纳米晶(CoNbZr)_(1-x)Dy_x薄膜磁性的实验研究

4．6 小结

第五章高频段集成薄膜电感用FeCo-Al-N纳米颗粒薄膜芯材研究

5．1 引言

5．2 FeCo-Al-N纳米颗粒膜磁电性能的理论分析

5．3 FeCo-Al-N纳米颗粒膜结构及性能实验研究

5．4 (FeCo-Al-N／CoNbZr)_n复合多层膜的研究

5．5 小结

第六章薄膜电感的设计与低、中、高频纳米晶薄膜芯材的应用

6．1 薄膜电感绕线形式的设计

6．2 薄膜电感表面磁场分布的传输线模型

6．3 薄膜电感的理论模型

6．4 薄膜电感的制作及纳米晶薄膜磁芯的应用

6．5 小结

第七章总结和展望

7．1 本论文主要工作总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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发布时间: 2005-09-23

参考文献

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纳米晶薄膜芯材及其应用基础研究

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