تأثیر دمای آنیل بر خواص ساختاری و مغناطیسی لایه نازک نئودمیوم آهن بور

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان

چکیده

در این پژوهش لایه­های نازک نئودمیوم آهن بور با لایه بافر و لایه محافظ تنگستن بر زیرلایه Si/SiO2 به­روش پراکنش امواج رادیویی مگنترونی تولید شد. سیستم ایجاد شده در دماهای 450، 500، 550، 600 و 650 سانتی‌گراد در خلاء تحت عملیات بلوری شدن قرار گرفت. آنالیزفازی لایه‌ها توسط پراش پرتو ایکس بررسی شد و وجود فاز Nd2Fe14B بدون هیچ نوع فاز ثانویه دیگری تایید شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی سطح مقطع پوشش و دانه­بندی لایه­ها به­طور دقیق مورد بررسی قرار گرفت. ریخت سطح لایه­ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی شد. خواص مغناطیسی لایه شامل نیروی پسماندزدا، مغناطش اشباع و سطح حلقه پسماند توسط مغناطومتر ارتعاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به‌دست آمده نشان داد که با آنیل در دمای 400 درجه سانتی‌گراد، ساختار لایه غیربلورین است. با افزایش دمای آنیل به 550 درجه سانتی‌گراد بالاترین شدت قله به‌دست می­آید و با افزایش بیش‌تر شدت کاهش می­یابد. با افزایش دمای آنیل اندازه دانه افزایش می­یابد که بر میزان نیروی پسماندزدا موثراست. با افزایش دمای آنیل به 600 درجه سانتی‌گراد نیروی پسماندزدا عمودی افزایش می­یابد و با ازدیاد بیش‌تر دمای آنیل مقدار این متغیر به­علت افزایش بیش از حد اندازه دانه­ها کاهش می­یابد. با توجه به خواص مغناطیسی و ساختاری لایه­ها می­توان نتیجه گرفت که لایه آنیل شده در دمای 600 درجه سانتی‌گراد دارای دلخواه­ترین خواص مغناطیسی و ساختاری است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Role of Annealing Temperature on Structural and Magnetic Properties of NdFeB Thin Films

نویسندگان [English]

  • A. Khanjani
  • A. Ghasemi
  • M. Hadi
Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Shahin Shahr, Iran
چکیده [English]

In the present research NdFeB thin films coupled with buffer and capping layer of W were formed on Si/SiO2 substrate by means of RF magnetron sputtering. The system was annealed at vaccum at different temperatures of 450, 500, 550,. 600 and 650 °C Phase analysis was carried out by XRD and it was found that NdFeB was formed without the formation of any kind of secondary phase. The cross sectional and grain size of the thin films were measured by scanning electron microscopy. Morphological studies were performed by atomic force microscopy. Magnetic properties of thin films including coercivity, saturation of magnetization and hysteresis area were evcaluated by vibrating sample magnetometer. It was found that by annealing at 400 °C the amorphous layer was formed.The highest intensity of peaks was formed at 550 °C and with an increase in temperature the intensity was declined. The grain size was increased by temperature and had an impact on the coercivity. With an increase of temperature up to 600 °C, perpendicular coercivity was increased and then by further increase of temperatute, coercivity was reduced. Based on the obtained data the temperature of 600 °C was selected as the optimum annealing temperature for reaching enhanced structural and magnetic feature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thin film
  • NdFeB
  • coercivity

مراجع

1. Sagawa, M., Togawa, N., Yamamoto, H. and Matsuura, Y., \"New Material for Permanent Magnets on a Base of Nd and Fe (Invited)\", Journal of Applied Physics, Vol. 55, pp. 2083-2087,1984.
2. Velu, E.M.T. and Lambeth, D.N., \"High Density Recording on SmCo/Cr Thin Film Media\", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 28, pp. 3249 - 3254, 1992.
3. Weller, D., Moser, A., Folks, L., Best, M., Lee, W., Toney, M., Schwickert, M., Thiele, J. and Doerner. M., \"High Ku Materials Approach to 100 Gbits/in2\", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 36, pp. 10–15, 2000.
4. Sagawa, M., Fujimura, S., Yamamoto, H., Matsuura, Y. and Hirosawa, S., \"Magnetic Properties of rare- Earth-Iron-Boron Permanent Magnet Materials\", Journal of Applied Physics, Vol. 57, pp. 4094-4098, 1985.
5. Kronmuller, H., Durst, K.D. and Sagawa, M., \"Analysis of the Magnetic Hardening Mechanism in RE-FeB Permanent Magnets\", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 74, pp. 291-302, 1988.
6. Hirosawa, S., Matsuura, Y., Yamamoto, H., Fujimura, S., Sagawa, M. and Yamauchi, H., \"Magnetization and Magnetic Anisotropy of R2Fe1 4B Measured on Single Crystals\", Journal of Applied Physics,
Vol. 59, pp.873-8777, 1986.
7. Liu, X., Shiozaki, Y. and Morisako, A., \"Magnetization Reversal Mechanism of Ultra Thin Nd2Fe14B Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy\", Journal of Applied Physics, Vol. 103, pp.103-107, 2008.
8. Yu, M., Liu, Y., Liou, S.H. and Sellmyer, D.J., \"Nanostructured NdFeB Films Processed by Rapid Thermal Annealing\", Journal of Applied Physics, Vol. 83, pp. 6611-6613, 1998.
9. Kim, M.J., Li, Y., Kim, Y.B., Ryu, K.S., Song, C.B., Kim, C.O. and Kim, T.K., \"Structural and Intrinsic Magnetic Properties of Y3(Fe0.96Ti0.04)29 and its Nitride\", IEEE Transactions on magnetics, Vol. 36, pp. 3339-3341, 2000.
10. Neu, V., Melcher, S., Hannemann, U., Fahler, S. and Schultz, L., \"Growth, Microstructure, and Magnetic Properties of Highly Textured and Highly Coercive Nd-Fe-B Films\", Physical Review, Vol. 70,
pp. 144418-144422, 2004.
11. Suzuki, S., Hatayama, Y., Iwama, H. and Shima, T., \"Effect of Heat Treatment on the Magnetic Properties for Nd–Fe–B/Nd–Cu Multilayer Films\", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, pp. 2796-2799, 2011.
12. Serrona, L.K.E.B., Sugimura, A., Fujisaki, R., Okuda, T., Adachi, N., Ohsato, H., Sakamoto, I., Nakanishi, A. and Motokawa, M., \"Magnetic and Structural Properties of NdFeB Thin Film Prepared by Step Annealing\", Materials Science and Engineering, Vol. B97, pp. 59-63, 2003.
13. Serrona, L.K.E.B., Fujisaki, R., Sugimura, A., Okuda, T., Adachi, N., Ohsato, H., Sakamoto, I., Nakanishi, A., Motokawa, M., Ping, D .H. and Hono, K., \"Enhanced Magnetic Properties of Nd–Fe–B Thin Films Crystallized by Heat Treatment\", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 260,
pp. 406-414, 2003.
14.Speliotis, T., Niarchos, D., Skumryev, V., Zhang, Y. and Hadjipanayis, G., \"Effect of Post Deposition Annealing on the Hysteresis Loops of Sputtered NdFeB Films\", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 272–276, pp. 877–879, 2004.
15. Constantinescu, C., Patroi, E., Codescu, M. and Dinescu, M., \"Effect of Nitrogen Environment on NdFeB Thin Films Grown by Radio Frequency Plasma Beam Assisted Pulsed Laser Deposition\", Materials Science and Engineering, Vol. B178,
pp. 267–271, 2013.
16. Lei, T., Heqin L., Jiong, S., Kai, Q., Wei, W., Chu, Z., Jing, Z. and Qiong, T., \"Corrosion Resistance of the NdFeB Coated with AlN/SiC Bilayer Thin
Films by Magnetron Sputtering under Different Environments\", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 375, pp. 124-128, 2011.
17. Fujiwara, R., Shinshi, T. and Kazawa, E., \"Micromagnetization Patterning of Sputtered NdFeB/Ta Multilayered Films Utilizing Laser Assisted Heating\", Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 220, pp. 298-304, 2014.
18. Constantinescu, C., Ion, V., Codescu, M., Rotaru, P. and Dinescu, M., \"Optical, Morphological and Thermal Behaviour of NdFeB Magnetic Thin Films Grown by Radiofrequency Plasma-Assisted Pulsed Laser Deposition\", Current Applied Physics, Vol. 13,
pp. 2019–2025, 2013.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 35، شماره 1
خرداد 1395
صفحه 109-119

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی