铁-钴基纳米结构磁心的优化研究

铁基和钴基纳米颗粒合金的电阻值能够非常高，因而涡流损耗会较低。然而，在高频时它们的磁导率和饱和磁化强度较低。利用铁-钴（Fe-Co）基的氧化物和氮化物，就能解决这个问题。

依据Pauling-Slater曲线，在铁合金系列中Fe-Co合金的磁化强度最高（>20kG）^[75]。然而，这种合金的高磁致伸缩效应，不允许它再具有高各向异性和低H_c。利用复合结构可以部分地解决上述问题。在Fe-Co合金结构中加入非磁性元素（例如硅和氮），能降低磁致伸缩，因而降低矫顽磁力。在Fe-Co合金结构中加入镍元素也能降低矫顽磁力（约1.2Oe）^[76]。与坡莫合金相比，加入镍还能提高饱和磁感应强度。

然而，Osaka等人^[76]发现，这类合金直流电阻率非常低（约21μΩ·cm），这就限制了它们在高频领域的应用。

在Co-Fe氮化物中加入Al，能把矫顽磁力降至1Oe。在加入Al前，合金的矫顽磁力为5Oe^[77，78]。这类合金的低饱和磁化强度也能被提高至17.6kG^[79]。磁性纳米颗粒和电场诱导原子序列间的各向异性耦合，也导致高磁晶各向异性（约45.6Oe）^[80]。(www.xing528.com)

在Fe-Co合金中添加硼元素（B），也能增加Fe-Co合金的饱和磁化强度^[19]。Minor等人^[81]发现，Fe-Co-B合金薄膜的饱和磁化强度高达24kG。

Fe-Co-Zr-O合金在电感磁心应用中表现出优良的性能^[82，83]。随机定向的纳米颗粒合金（约10nm）能降低矫顽磁力（约1.9Oe）。随机定向交换耦合的均化效应降低了磁晶体的净各向异性。在1GHz下，这种薄膜的相对磁导率能达到400。与纳米颗粒结构相比，这类薄膜的直流电阻率低，约36_μΩ·cm。这是导电颗粒互连产生的电渗流引起的。对这种微观薄膜结构进行改造，能提高电阻系数。Lee等人^[84]通过确保硅基板上Co_17.08Fe_49.76Zr_16.24^O16.91薄膜中的α-Fe（Co）颗粒是纤细而孤立的，获得了高电阻率。然而，这种设计的微观结构提高了氧化物的体积分数，因而会对饱和磁化强度有不利影响。因此，需要控制工艺参数来确保低矫顽磁力、高电阻、高饱和磁化强度。薄膜的动静磁性能分析表明，对于颗粒（平均粒径10nm）随机分布的合金结构，矫顽磁力为0.3Oe，各向异性44.9Oe，饱和磁化强度16.8kG，电阻率462.8μΩ·cm，而且可以同时获得这些性能。相关人员已经报道了高频性能更好的合金薄膜。据报道，在2GHz下，这类合金薄膜的相对磁导率能提高至800。

Fe-Co-Al-O合金纳米颗粒薄膜也具有优良的性能。与铁基薄膜、钴基薄膜和Fe-Co-Zr-O合金薄膜（饱和磁强度分别约为15kG、15kG^[13]和16.8kG^[84]）相比，通过射频磁控溅射而沉积获得的薄膜（50～1000nm）有更大的饱和磁化强度M_s（约22kG）^[43]。这种薄膜还有超高的直流电阻率（900_μΩ·cm）。随着晶界处的氧化物含量增加，以及CoFe颗粒变得更小（CoFe颗粒完全被Al₂O₃或者FeCo氧化物基质及纳米颗粒结构分开），薄膜的电阻率会增加。同时，这种薄膜还具有高各向异性和高磁导率。