坡莫/Fe-Co合金薄膜夹层结构优化

前文已经论述过，传统纳米材料不太适用于高频应用领域。已研究过复合/夹层等特殊结构，以便来解决这个问题^[85]。依据LL方程，高频应用中，磁性材料需要有高饱和磁化强度、高电阻率和高各向异性^[86]。夹层结构能提供Fe-Co合金所具备的高饱和磁化强度和磁导率，且能提供坡莫合金所具备的高电阻和高各向异性^[10]。Wang等人^{[77，87，88]}报道了一种夹层结构，即Ni_0.81Fe_0.19（5nm）/Fe_0.7（Co_0.3）0.95N_0.05（100nm）/Ni_0.81Fe_0.19（5nm）。据报道，在夹层结构中加入少量的坡莫合金，就能显著减少夹层结构的矫顽磁力（约0.6Oe）。据报道，在1.2GHz下夹层结构的相对磁导率高达1000，且几乎恒定不变；然而，电阻率却非常小（50μΩ·cm）。据Katada等人^[89]的报道，夹层结构的饱和磁化强度为24kG，直流矫顽力为3Oe。

自生氧化物降低涡流损耗。自生氧化物的高电阻及Fe-Co-N薄膜的高饱和磁化强度和高各向异性，使得自生氧化物和Fe-Co-N薄膜夹层结构适于高频应用^[86]。Kakazei等人^[90]报道了一种夹层结构，在这种结构中，CoFeN合金在自生氧化物和沉积的非金属氧化物中间。

Hai等人则研究了另一种夹层结构Fe₇₀Co₃₀N（45nm）/Ni₅₅Fe₄₅^[91]。这种复合夹层结构由射频反应溅射得到。薄膜电阻随薄膜中氮含量的增加而增加。(www.xing528.com)

人们也制备了一种单层薄膜，它是各向同性的，且具有高矫顽磁力（80Oe）。然而，厚1nm的NiFe种子层能大幅降低夹层结构的矫顽磁力（约6Oe），并且由于磁层的有效磁耦合，能获得明确界定的单轴各向异性。这还可以解释为，FeCoN纳米颗粒沿NiFe种子层的外延生长抵消了晶体各向异性和静磁各向异性的一部分。

使用非磁性种子层后，还能观察到夹层结构矫顽磁力的降低^{[85，87，92]}。Ha等人^[75]报道了另一种夹层结构，由不连续的CoFeN薄膜和自生氧化物层构成。这种结构可由射频磁控溅射而制备（Co₃₀Fe₇₀靶材）。CoFeN薄膜维持在2nm。自生氧化物层是将薄膜暴露在氧气氛围中形成的。这种夹层结构的矫顽磁力，由磁性氧化层间金属磁性纳米颗粒的交换耦合作用决定。Ha等人报道，各向异性场和沉积过程中的外加场呈线性依赖关系，外加场120Oe时H_k为67Oe，沿难磁化轴的矫顽磁力低至0.32Oe。他们还研究了薄膜厚度对电阻率的影响，并发现，在1.6～5nm范围内，随薄膜厚度的增加电阻率降低。据报道，夹层薄膜结构的饱和磁通量也很高。这是因为在氧化阶段形成了磁性氧化物（CoFe₂O₄或者Fe₃O₄）^[93]。此外，这种结构的高频性能也很好，在1GHz时相对磁导率高达1100。