脉冲激光沉积法制备FeGa薄膜与其磁性能研究

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1、上海师范大学硕士学位论文摘要摘要随着物联网技术的迅速发展，传感器的重要性日益增大。磁性传感器作为传感器的一种，在磁场探测、电流检测、无损探伤、地磁导航等领域具有非常重要的作用。具有大磁致伸缩的FeGa合金是目前最热门的磁性传感器敏感元件之一。FeGa合金作为新型的铁磁功能材料，由于饱和磁致伸缩系数较大、饱和磁化强度大、矫顽力小、饱和磁场低、响应速度快、居里温度高、机械性能优良等特点，已经成为磁电耦合系统中铁磁相的重要候选材料。在微纳米加工技术快速发展的今天，薄膜材料相比于传统块体材料在器件微型化、集成化等方面具有不可代替的优势。本论文利用脉冲激光沉积法制备高质量

2、的FeGa薄膜，并研究了薄膜的静态磁性能。（1）我们进行不同衬底温度、不同生长时间、不同激光功率密度等实验探索，逐步摸索出了在单晶Si和GaAs上生长具有优异软磁特性的FeGa薄膜的工艺参数。其中，在GaAs衬底上，我们观察到了（001）方向的D03结构和薄膜择优取向生长；在Si衬底上，FeGa薄膜呈非晶相并保持了良好的软磁性能。通过改变GaAs衬底温度可以调整FeGa薄膜的D03和A2相结构转换，良好的软磁性能依赖于（001）方向的D03有序晶相。随着温度继续升高，软磁性能会受到破坏。以上结果为FeGa薄膜磁电式传感器的应用提供了基础数据。（2）为了进一步拓展

3、FeGa薄膜的应用并优化软磁性能，我们通过FeGa、Mn交替生长的方法制备了FeGaMn合金薄膜。当Mn的生长频率为1Hz的时候，由于GaMn相的出现，诱导出垂直于薄膜表面的磁矩分量；当Mn的生长频率为3Hz的时候，薄膜表现出较好的铁磁性；当Mn的生长频率为5Hz的时候，薄膜同时表现出铁磁和反铁磁性共存。薄膜的电阻随着磁场变大而变小，同时Mn的含量越多，电阻越大。（3）为了进一步提升FeGa薄膜的饱和磁化强度，我们在离子活化源的辅助下，通过通入高纯氮气，成功制备出N掺杂的FeGa薄膜并提高了FeGa薄膜的饱和磁化强度。GaAs衬底温度400℃的FeGaN薄膜结构

4、出现（200）方向的A2无序相结构。随着氮气通量增多，Si片上生长的的铁磁相FeGaN的结晶性越来越好。该结果为FeGa薄膜材料的应用提出了新的思路并奠定了良好的基础。关键词：脉冲激光沉积；FeGa薄膜；磁致伸缩；晶体结构；剩余磁化强度IAbstractShanghaiNormalUniversityMasterofPhysicsAbstractWiththerapiddevelopmentofInternetofthings,theimportanceofsensorsisincreasing.Magneticsensorsplayanimportantrol

5、einfielddetection,currentdetection,nondestructivetestingandgeomagneticnavigation.FeGaalloywithlargemagnetostrictionisoneofthemostpopularmagneticsensorsensitivecomponent.FeGaalloyisanewtypeofferromagneticfunctionalmaterial.Duetothehighsaturationmagnetostrictioncoefficient,highsaturati

6、onmagnetization,lowcoercivity,lowsaturationmagneticfield,fastresponsespeed,highCurietemperatureandexcellentmechanicalpropertiesandothercharacteristics,ithasbecomeanimportantcandidatematerialforferromagneticphaseinmagnetoelectriccouplingsystem.Comparedwithtraditionalblockmaterials,thi

7、nfilmmaterialshaveanirreplaceableadvantageinminiaturizationandintegrationwiththerapiddevelopmentofmicro-nanoprocessingtechnology.ThispaperstartswithFeGafilmmaterial,FeGafilmswerepreparedbypulsedlaserdepositionandresearchonstaticmagneticenergy.(1)Weexploredifferentsubstratetemperature

8、s,differentg