镍锌铁氧体薄膜的制备和电磁性能调控

概括：

现代电子信息技术的飞速发展对微波磁性材料提出了更高的要求——高谐振频率、高磁导率和高电阻率。软磁铁氧体材料虽然具有高电阻率、小涡流损耗等优点，但是其较低的谐振频率（）限制了其在高频电感器等器件中的应用。因此，如何提高软磁铁氧体的谐振频率和磁导率成为人们关注的焦点。本文采用共沉淀法制备软磁镍锌铁氧体粉末并压制成靶材，再采用磁控溅射法制备镍锌铁氧体薄膜。利用X射线衍射谱、磁滞回线和铁磁共振吸收谱系统地表征了样品的晶体结构、静磁性和高频磁性。取得的创新性成果为：1.采用共沉淀法制备镍铁氧体纳米粒子，并与氧化锌纳米粒子混合进行高温烧结，发现界面镍锌铁氧体相的形成提高了复合纳米粒子的高频性能，通过控制复合材料的比例，得到了质量比为70%的镍铁氧体复合材料。1.基于纳米结构可以优化高频磁学参数的结论，采用磁控溅射法制备了镍铁氧体薄膜，并研究了其在室温下的相形成规律。发现通过控制磁控溅射的气压和靶距，镍铁氧体薄膜可直接在室温下相形成，而无需传统的高温烧结。提出了一种室温原位制备相形成良好的镍铁氧体薄膜的方法，对器件的产业化具有重要意义。 3.利用铁氧体薄膜室温相形成技术，生长了不同厚度的镍铁氧体薄膜。研究发现，在薄膜生长初期，由于基底与铁氧体晶体之间较大的晶格失配，晶粒的无规则生长和晶粒尺寸的减小，使得厚度较薄(10 100 nm)的薄膜在室温下处于超顺磁状态。研究结果对提高超薄铁氧体薄膜的静磁性能有指导作用。4.基于双各向异性模型调控谐振频率的理论，在铌镁钛酸铅(PMN-PT)单晶压电基底上成功制备了面内磁各向异性的镍锌铁氧体薄膜样品。依靠磁电耦合效应，通过电场作用下PMN-PT产生的各向异性应力来调整镍锌铁氧体薄膜的各向异性大小和方向。研究发现，通过磁电耦合可以提高镍锌铁氧体薄膜的谐振频率。 5.镍锌铁氧体薄膜具有较高的电阻率，通过研究不同制备条件下的电阻率观察到电阻转变效应，探究退火温度、外加磁场及电铸极限电流对电阻开关效应的影响，发现通过控制退火温度和电铸电流可以使电阻开关类型在界面型和导电细丝型之间转变。研究成果对于研制兼具电阻和磁记录功能的器件具有重要意义。

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