磁控溅射法制备Terfenol-D薄膜及其性能研究

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Terfenol-D磁致伸缩材料是研制微波器件的核心材料之一,广泛的用于无线通讯、射频通讯、卫星通讯、数据采集等通信领域。因此Terfenol-D磁致伸缩材料的研究具有十分重要的意义。论文采用射频磁控溅射法在单晶Si(100)衬底上制备了Terfenol-D磁致伸缩薄膜;并进行了真空热处理,研究了真空热处理工艺参数对Terfenol-D薄膜结构、相关磁学性能的影响等问题,获得了最佳的薄膜制备工艺。研究结果表明:在磁控溅射法制备Terfenol-D薄膜的过程中,溅射气压的升高,Terfenol-D薄膜Fe原子的含量增大,且在2.0Pa升至最高,而薄膜的沉积速率呈先增大后减小的趋势,在1.0Pa处的沉积速率最大;溅射功率的增大,Terfenol-D薄膜的成分不发生改变但沉积速率持续增大;时间的延长Terfenol-D薄膜的成分和沉积速率不发生变化。对于Terfenol-D薄膜的热处理,在475℃以下真空热处理时,Terfenol-D薄膜为非晶态结构。在475℃以上热处理时,Terfenol-D薄膜有RFe2磁致伸缩Laves相和R2O3稀土氧化物的析出。随着热处理温度升高,Terfenol-D薄膜中的析出相以R2O3稀土氧化物为主,并且R2O3稀土氧化相的出现降低了低磁场下Terfenol-D薄膜的磁致伸缩性能,RFe2磁致伸缩Laves相的出现提高了低磁场下Terfenol-D薄膜的磁致伸缩性能;在475℃条件下真空热处理0.5h、1h、2h、3h后,Terfenol-D薄膜一直有RFe2磁致伸缩Laves相和R2O3稀土氧化物的析出,特别地,在真空热处理2h时,Terfenol-D薄膜主要存在着RFe2磁致伸缩Laves相,R2O3稀土氧化相基本不存在,这有利于提高Terfenol-D薄膜的磁致伸缩性能。
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