文摘
菲100 - x遗传算法x超磁致伸缩薄膜(GMF)吸引了日益关注的潜在应用制造集成磁致伸缩位移传感器。然而,很难制造铁100 - x遗传算法x薄膜具有不同的成分。在合金相组成的影响,晶粒大小、膜表面粗糙度和磁域磁控管气急败坏的电影和磁化的铁100 - x遗传算法x电影研究。改变合金比纯铁片地区目标地区,所需的薄膜成分是通过改进的镶嵌方法。形态、磁畴结构、微结构和铁的成分100 - x遗传算法x电影揭示了SEM、EDS、XRD、MFM,扫描仪,TEM。结果表明,磁控管有< 1 1 0 >纹理气急败坏的铁100 - x遗传算法x电影。的顶点2显微结构表明,电影是水晶。铁的磁畴结构100 - x遗传算法x电影提供了一个网络形式和域宽度随镓含量的降低而减小。也发现,磁域的电影并不统一。透射电镜结果表明,有一些带在电影模式,和结构的衍射环是不连续的,因为灭绝。合适的候选人在MEMS微型装置的应用,最优组合电影应该是铁83.25遗传算法16.75电影。
1。介绍
菲100 - x遗传算法x超磁致伸缩薄膜(GMF)吸引了日益关注的潜在应用制造集成磁致伸缩位移传感器(1- - - - - -3]。所以,菲100 - x遗传算法x电影是其他磁致伸缩材料的合适人选,如Terfenol-D Fe-Ga合金,由于其优越的综合性能(4]。菲100 - x遗传算法x电影微传感器和microactuator发展是可能的(5]。
磁控溅射是一种普遍的技术用于制备超磁致伸缩薄膜(6,7]。磁控溅射沉积速率快的优点,涂层和基材之间附着力强、紧凑、和均匀的涂层。
薄膜晶粒尺寸小,以及表面粗糙度会减少当基板保持在较低的温度。这是有利于提高薄膜的性能。Basumatary等人报告的微结构和磁性铁100 - x遗传算法x薄膜沉积在不同沉积温度(5]。晶粒尺寸和表面粗糙度随着衬底温度的增加而增加。电影沉积在衬底温度被发现在较低饱和磁场比室温沉积膜。x射线衍射和透射电镜结果显示无序的存在2阶段的电影。
薄膜是至关重要的发展微器件做准备。薄膜的物理、力学和化学性质取决于电影结构是如何组织的,这是电影构成密切相关(8,9]。
Single-metal-target和single-alloy-target溅射通常用于制造各种合金薄膜(10,11]。
然而,传统elemental-target co-sputtering不能用铁做准备100 - x遗传算法x电影因为镓显示了低熔点。溅射靶,很难存在稳定高于室温。此外,昂贵而且很难开发一系列的铁100 - x遗传算法x因为冶炼铁的合金目标100 - x遗传算法x是有点困难的。当铁有一些技术问题100 - x遗传算法x合金的目标由融化,这意味着很难调整铁的成分100 - x遗传算法x电影准确。
所谓的马赛克的目标,我。e的目标矩阵,由一个金属,其插入由他人,最近被用于开发磁控溅射的方法多组分薄膜(12]。
这种有效的方法依赖于几个组件被限制为制造无数多组分合金薄膜。然而,传统的马赛克目标必须钻为了嵌入矩阵的第二材料表面上的目标,在目标会产生差距,影响电磁场一致性,并影响溅射过程。在此背景下,燕等人报告组合或改进的马赛克目标优化铁100 - x遗传算法x电影作品(13]。
纯铁补丁的办法是磁性铁的表面所吸引100 - x遗传算法x合金目标可以minitarget,和铁100 - x遗传算法x合金的目标是另一个溅射靶的溅射面积减少。铁片覆盖铁100 - x遗传算法x合金靶表面,从基于“增大化现实”技术屏蔽它+轰炸,所以铁片轰炸而不是其表面积增加,假设所有其他溅射条件是相同的。因此,气急败坏的铁100 - x遗传算法x电影将复合少量的铁原子来自铁目标和铁100 - x遗传算法x合金来自菲100 - x遗传算法x合金的目标。
在本质上,这相当于增加铁含量在目标材料,后来增加了溅射薄膜的铁含量。进一步增加溅射区每单位时间的概率增加铁片将与氩离子轰击,这样更多的铁原子喷溅到目标。溅射原理如何影响电影作品必须进一步讨论。
磁控溅射的过程中,电子与氩原子发生碰撞,电离大量的氩离子和电子,电子飞向基片。大量目标原子是气急败坏了氩离子在电场的作用下,和中性的靶原子(或分子)沉积在衬底上。
然而,磁场的非均匀分布在目标表面目标表面,导致非均匀腐蚀和氩离子轰击目标表面选择性,而轰炸高强度在某些地方和弱势;因此,深圆槽形成圆形目标表面上,这是位于季度目标表面的直径。因此,纯粹的补丁在目标的位置应该是腐蚀地区为了有效控制溅射膜的组成。
电影有效饱和磁致伸缩系数高、低压力的磁控溅射在氩气压力是合适的14]。刘等人报道,modified-DO3阶段和(100)纹理发挥积极作用在铁的磁致伸缩特性77年遗传算法23丝带(15]。一些调查报告,制备方法影响磁性Fe-Ga电影(16]。
它具有十分重要的理论价值研究磁域的微观结构,磁性材料的基本物理参数。铁磁材料磁域或缺陷可以被磁成像。
域TbFe结构和Terfenol-D磁致伸缩薄膜被施了et al。17和歌曲等。18]。太阳出版社报道FeSiB的磁性和域结构由射频溅射方法(19]。然而,到目前为止,铁的域结构100 - x遗传算法x电影已经很少报道。
众所周知,影响磁性铁的磁畴结构100 - x遗传算法x电影。MFM是一种有效的仪器观察磁性的磁结构的电影。MFM可以给磁畴图像和表面粗糙度,来自样品表面的磁荷之间的交互和磁探测器。
为了提高这些材料分析和优化浓度以及更好地理解作品对微观结构的影响,深度学习(20.]可能适用于帮助我们的学习。一些先进的技术21,22在其他领域也可以用来开发新的传感技术。它是集中在简单的马赛克目标准备铁100 - x遗传算法x电影。目的是铁的成分调控和微观结构特征100 - x遗传算法x电影。
2。材料和方法
直流电(DC)磁控溅射设备(jzck - 600 f)采用存款的电影。溅射室基础压力 爸爸,和0.6 Pa氩(99.99%的纯)溅射期间使用。90 W溅射功率和溅射时间是70分钟。目标和衬底之间的垂直距离是100毫米。基板保持在室温下。
在实验中,一些抛光眼镜被选为基质沉积薄膜。其表面溅射前被超声波清洗。电影的厚度可以通过称重计算法(23]。平均值作为电影的厚度来减少实验中的错误。
菲84年遗传算法16合金的目标被用来准备铁100 - x遗传算法x电影。目标是60毫米的直径,厚度是3毫米。一些纯铁片蚀刻面积圆形铁吸收84年遗传算法16合金目标由磁控管的力量,这是位于季度目标表面的直径。铁片用于实验的纯度为99.99%,分布均匀的目标。所需的薄膜成分是通过改变合金比纯铁片地区(即目标区域。面积比, )。
铁的表面100 - x遗传算法x电影被涂上一层黄金。扫描电子显微镜(SEM,广达200)被用来描述表面金色涂布铁的形态100 - x遗传算法x电影。元素的平均成分和分布在铁的表面100 - x遗传算法x电影由一个能量色散谱(EDS,牛津能量散射谱仪)。
力量中心——AXS D8推进x射线衍射仪(XRD)被用来分析这部电影的阶段。x射线管的目标是铜目标、电流电压是40.0 (kV)和30.0 (mA)。发散狭缝是1.00000(度),散射狭缝是1.00000(度)和接收狭缝是0.30000 (mm)。扫描速度是7.0000(度/分钟),采样间距是0.0200(度),和预定时间是0.17 (sec)。
铁的磁畴结构100 - x遗传算法x电影是由一个磁力显微镜观察(微纳D5A MFM);扫描的愤怒是5微米计~ 10微米计。
的标本。(一)也没有。(f)沉积在玻璃抛光;然后,玻璃和观察到的电影被jeol - 2010 f透射电子显微镜(TEM)。
YP07振动样品磁强计(VSM)测试采用铁的磁滞回线100 - x遗传算法x电影。
一个理论公式可以用来计算电影作品。电影构成的理论公式可以推导出如下(23]。
根据溅射原理,材料衬底表面溅射可以表示如下: 在哪里是恒定值,溅射压强,代表了target-substrate距离。目标的大小是溅射可近似为: 在哪里是当前目标离子,电子的电荷,溅射率,溅射时间,气急败坏的材料的原子量,阿伏伽德罗常数。一般来说,放电电流可能接近当溅射,公式如下: 在哪里放电电压。然而,之间的关系和(目标领域的材料)可以表示溅射范围内的如下:
因此,可以近似为: 在哪里目标材料的常数。根据公式(1)和(5),总气急败坏的材料可以表示为:
从这个表达式可以看出,气急败坏的说来自金属衬底材料的总量成正比电能( )消耗的设备和区域目标材料( )。是成反比的溅射压力和目标和衬底之间的垂直距离。
因此,对于马赛克靶溅射,气急败坏的总量从衬底材料可以近似为:
考虑到溅射功率可以通过公式计算(9由公式(),它可以表示10)。 在哪里铁元素靶溅射系数相关,是一个系数与铁吗100 - x遗传算法x目标溅射,和各自表示溅射大国目标和铁的铁元素100 - x遗传算法x目标,和 ,分别表示领域的目标和发现铁铁元素100 - x遗传算法x目标。马赛克目标溅射、铁片在铁相连100 - x遗传算法x目标,和他们有同样的目标席位,因此可以认为等于 ,他们都平等的溅射功率( )。
因此,可以近似如下:
在实验中,铁的铁含量100 - x遗传算法x电影来源于两个方面。一方面,从纯铁片。另一方面,它来自发现铁100 - x遗传算法x目标。然而,只有源于铁镓内容100 - x遗传算法x目标。因此,铁和铁镓的相关内容100 - x遗传算法x电影可以表示为公式(12)和公式(13)。 在哪里和 ,分别是铁和镓含量铁的气急败坏的电影100 - x遗传算法x目标发现了铁,和和分别代表铁的实际内容和镓气急败坏的电影。
公式(14)和(15通过替换表达式()有11)到公式(12)和(13)。 在哪里和代表的内容在纯铁铁和镓100 - x遗传算法x目标溅射,分别。
根据公式(14)(17)、公式(18)和(19)可以很容易地推断。
计算相关系数和 ,实验数据用EDS可以应用于公式(18)和(19)。然后,铁含量的计算值和镓含量可以当不同的计算被选中的值。相反,我们可以用这个公式来计算面积比当我们想溅射薄膜的成分,从而确定需要多少件铁。
这个模型可用于实现薄膜的制备与不同的作品,准确预测,准确优化的复合薄膜。
3所示。结果与讨论
3.1。EDS分析铁100 - x遗传算法x电影
铁的厚度100 - x遗传算法x电影是关于1μm。形态和EDS as-deposited铁的光谱100 - x遗传算法x电影在图所示1。铁片的面积比和合金被定义为目标 。比例之间的关系铁含量和铁镓含量100 - x遗传算法x电影中演示表1和图2。它可以观察到,在铁铁含量100 - x遗传算法x电影增加而增加价值和近似线性相关。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
然而,实验结果表明,试样的成分。(a)的成分是不一样的目标。当标本的电影。(a)是由磁控溅射,纯铁补丁没有附加到Fe84Ga16合金的目标。为什么电影中的铁含量低于目标?
电影的构成取决于原子的溅射率,和溅射率依赖于能源和目标的溅射功率阈值。元素的内容与溅射薄膜高溅射率较高。镓的溅射率高于铁,导致这一现象。
铁的成分100 - x遗传算法x电影取决于合金成分目标当一个合金溅射靶用于磁控溅射。然而,它依赖于溅射的每个目标当复合或马赛克目标是用于溅射。它取决于片和目标之间的面积比采用为数不多马赛克溅射的目标。
这可以解释为表面自由能理论。铁原子的半径是1.24,3 d64s2外层电子。Ga的半径是1.4一个,是4 s2p1外层电子。铁原子的外层电子,4 s2,饱和,比镓原子半径较小。因此,镓的最外层电子比铁更容易丢失,需要低能量电离,因此,励磁电压低于铁。
与此同时,由于铁的表面结合能是高于镓和原子之间的约束力更大,铁原子的动能或集群目标表面的铁被电离气体喷离子高于镓的目标;也就是说,需要较高的放电电压。因此,磁控溅射的放电电压和表面结合能增加(Es)的目标。元素的溅射率越大,越高的内容元素的电影。
3.2。XRD分析Fe-Ga合金薄膜
图3显示了铁的x射线衍射模式100 - x遗传算法x电影。结果表明,磁控管有< 1 1 0 >纹理气急败坏的铁100 - x遗传算法x电影。的顶点2显微结构表明,电影是水晶。然而,x射线衍射峰2在菲100 - x遗传算法x电影是虚弱的。
实验条件是入射光的强度,样本区域,每个步骤的计算时间,探测器的开口大小,等等。当实验条件是相同的,一个阶段的体积百分比含量样品的衍射峰的强度有关。条件下由洛仑兹因子和温度因子吸收,样品阶段的内容是直接与衍射峰的强度成正比。此外,晶体发展的程度和晶面的择优取向也影响特征衍射峰的强度。
在实验条件下,只有一个2(110)强烈的衍射峰图3,这表明样本有择优取向;所有的电影都在多晶形式与< 1 1 0 >晶体结构平面垂直于电影。
衍射峰强度与薄膜微观结构。为了获得细晶粒和微观结构,薄膜是由低溅射能量,多个溅射,5分钟间隔。因此,衬底温度不会太高。然后,结晶过程不能完成,因为原子的扩散能力弱。
在本实验条件下,混合结构,包括晶体和无定形结构,将形成。大部分的合金膜的压力可以删除,如果热处理是在随后进行的过程。由温度梯度和残余应力,电影中的原子可能迁移和隔离。当退火温度达到一定临界值时,原子在影片中会形成大面积安排。
一般来说,不同的阶段结构,如2结构和做3结构、制备过程中可能形成的铁100 - x遗传算法x电影。然而,没有明显的证据3从上述测试过程阶段形成。它已经在文献中报道,做的形成3阶段主要取决于膜的厚度(14,24]。的原因3阶段没有发现的研究可能是被探测到的峰值太弱。Kumagai报道,当在Fe-Ga镓合金不同的内容从15%提高到30%,一个2,做3,L12B2,做19阶段结构出现不同制备条件下(25]。Fe-Ga合金在室温下,当镓含量超过其溶解度,镓原子簇的形式存在,当Fe-Ga材料的主体仍然保留的Bcc阶段α铁;BCC阶段逐渐改变3阶段,这是不利于提高磁致伸缩系数(26]。
在本文实验条件下,铁镓含量100 - x遗传算法x电影的变化从14.52到16.75,溅射温度足够低;因此,没有做3阶段出现。
3.3。域Fe-Ga电影的结构和微观结构
图4显示的域结构网络形式和铁的域宽度100 - x遗传算法x电影是不同的。铁的磁性100 - x遗传算法x电影通常由域微观结构测试,域的宽度是一个重要的变量域微观结构。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
在图4,黑色和白色区域是由样本之间的吸引力和排斥力和磁探测器。网络形式不同分辨率和对比度的域微观结构可以观察到。
另外,它可以发现域宽度随镓含量的降低而减小。主要的影响因素是铁的成分100 - x遗传算法x电影。成分的不同导致不同晶格常数的铁100 - x遗传算法x电影,然后不同晶格常数的原因不同的域宽度和不同的磁畴的微观结构,从而影响铁的磁致伸缩特性100 - x遗传算法x电影。
还发现,磁域越来越不规则与镓含量的减少,这表明磁域的电影并不统一。
信号仪器检测到的磁场梯度的大小组件在膜表面的垂直方向。当悬臂振荡在地表附近的共振频率,悬臂梁的谐振频率会改变表面的力梯度范围内的1 ~ 50赫兹。实验中使用的仪器检测谐振频率的变化通过相位测量和获得表面力的分布梯度。
如图4的范围内精确地相角值显示在右边的图和相应的光明与黑暗之间的对比图片。因为MFM只能探测到磁场梯度组件在垂直方向,以下定义为不同的磁图像对比:亮区域代表磁矩的方向相同,针磁化的方向相同,这是正方向。较暗的区域代表消极的磁矩的方向,这是相反的小费。
自从磁矩有一定的强度和方向,磁力的对比图像不仅对磁化有关,而且与磁矩的方向。总之,相角范围越大,磁梯度探测范围越大,灵敏度越高的小费。
图5显示了薄膜表面的高度差。的高度差在铁铁含量增加而增加100 - x遗传算法x电影。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图6显示了高度的变化与纯铁的比值的差异部分地区合金目标区域。它可以观察到表面铁的高度差100 - x遗传算法x电影随增加价值 。
铁的微结构TEM图像和衍射图像100 - x遗传算法x电影在图所示7。电影中有一些带模式。对应于多晶衍射环出现,所以电影是晶体结构的微观结构。然而,试样的衍射环。(f),含铁量高和现在不是连续的一系列的点。
(一)
(b)
样品的不同的衍射模式和样本电影是由不同的成分。样本由使用一个气急败坏的铁吗84年遗传算法16目标。这部电影是由多晶Fe-Ga合金颗粒和少量的非晶态Fe-Ga合金粒子。没有在衍射消光现象。
相反,样本气急败坏的电影从铁84年遗传算法16目标覆盖铁片。溅射产品都铁84年遗传算法16谷物和纯铁颗粒。由于较低的衬底温度、溅射沉积速率越快,铁的扩散较慢;并不是所有的铁溶解成Fe-Ga合金;电影主要由Fe-Ga合金颗粒和少量的铁颗粒。
尽管Fe-Ga合金颗粒和纯铁谷物都是BCC (2)、晶格常数是不同的和结构的衍射环是不连续的,因为灭绝。
3.4。磁化强度和矫顽力
磁化强度和矫顽力有限元的结果100 - x遗传算法x电影在图所示8和表2。的铁100 - x遗传算法x电影是铁磁。铁含量高的电影显示大的矫顽力。薄膜的矫顽力的标本。(一)45.112 Oe;这是最小值。
它可以解释如下:有两个因素影响矫顽力有限元的结果100 - x遗传算法x电影、晶粒尺寸、和电影粗糙度,分别5]。颗粒大小在低含铁量很好电影。大的界面区域可以作为固定中心畴壁运动。另一方面,如图5,这部电影粗糙度随铁含量的减少。最后,矫顽力随铁含量降低而减小。
矫顽力和饱和磁化强度越大,磁损耗越大。根据这一原则,如果我们想开发磁致伸缩微器件,我们需要准备薄膜矫顽力小。
4所示。结论
我们可以得出结论,作文的关键因素是影响合金相,晶粒大小、膜表面粗糙度和磁域的磁控管气急败坏的铁100 - x遗传算法x电影。改变合金比纯铁片地区目标地区,所需的薄膜成分可以通过改进的镶嵌方法。所需的薄膜成分是通过改变合金比纯铁片地区(即目标区域。面积比, )。EDS电影中的铁含量的结果是83.25,83.61,84.35,84.58,84.95,和85.58,分别。
形态、磁畴结构、微结构和铁的成分100 - x遗传算法x电影揭示了能谱、x射线衍射、MFM VSM和TEM。结果表明,磁控管有< 1 1 0 >纹理气急败坏的铁100 - x遗传算法x电影。的顶点2显微结构表明,电影是水晶。
铁的磁畴结构100 - x遗传算法x电影提供了一个网络形式和域宽度随镓含量的降低而减小。也发现,磁域的电影并不统一。
透射电镜结果表明,有一些带在电影模式。对应于多晶衍射环出现,所以薄膜微观结构的晶体结构。然而,试样的衍射环。(f),含铁量高是不连续的,因为结构的灭绝和现在一系列的点。
合适的候选人在MEMS微型装置的应用,最优组合电影应该是铁83.25遗传算法16.75电影。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
没有利益冲突的披露的出版。
确认
这项工作得到了中国教育部江西省科学基金会(没有。GJJ201903)和中国国家自然科学基金(51161019)。