● 摘要
软磁材料是磁学和磁性材料领域的重点研究对象，在微电子、航空航天、核工业等领域具有重要的应用前景。纳米晶软磁材料是近年来迅速发展起来的性能优良、应用前景广泛的新型材料，主要包括FeMSiBCu（M=Zr，Hf，Nb等）、FeMBCu、以及FeCoMBCu三种类型。其中，FeCoMBCu纳米晶材料具有矫顽力小、饱和磁化强度高等优点，并且由于其特殊的微观结构而备受瞩目。目前对FeCoMBCu的研究多限于薄带的制备研究，由于微量元素过多，成分复杂，不利于材料性能的稳定性，而且使制备工艺参数复杂；而且随着微电子的发展，薄膜材料的制备研究越来越引起人们的关注。同时，Cu的掺杂会影响到FeCoMBCu的饱和磁化强度，现在对Cu的作用研究主要集中在含Nb型FeCoMBCu，对于FeCoZrBCu合金，Cu的掺杂对非晶结构、晶化过程、磁性能的影响现在还没有深入的研究。本课题主要研究FeCoZrB系非晶薄膜的制备和性能。在制备FeCoZrB非晶薄膜的基础上，系统研究了Cu元素对FeCoZrB非晶薄膜结构和性能的影响。研究结果表明，在没有Cu存在的情况下，FeCoZrB仍能形成非晶结构。当Cu含量在6at%以下时，Cu对FeCoZrB薄膜的非晶结构没有影响。而由于Cu的存在使薄膜的沉积速率下降，同时导致薄膜的饱和磁化强度降低。对FeCoZrB非晶薄膜的热稳定性研究表明，温度低于300℃时，具有良好的结构热稳定性，且其居里温度达920℃。然而薄膜中Cu含量为2at%时，结构热稳定性劣化，这是由于在温度升高时，薄膜中析出了FeZr及CoZr化合物所致。此外，其居里温度也降到700℃以下。另外，针对FeCoZrB薄膜的电阻温度特性的研究表明，非晶薄膜制备态电阻温度系数为负，经过700℃等温退火10分钟后，温度系数为正。针对不含Cu的FeCoZrB非晶薄膜，详细的进行了热处理工艺对其微观结构与磁性能的影响研究。X射线分析与透射电镜观察表明，经过200℃等温退火300s后，FeCoZrB薄膜仍然为非晶结构。随着热处理温度进一步上升至300℃时，薄膜中逐渐析出FeCo晶体。经过460℃等温退火300s后，薄膜形成了非晶纳米晶复合结构，FeCo纳米晶粒平均尺寸为5nm左右，且较均匀的分布在非晶基体中；薄膜矫顽力大幅下降，软磁性能提高。