磁疇壁和布洛赫線物理研究

本項目將研究多層場介質(zhì)、摻雜場介質(zhì)和不同氧化方式制備的場介質(zhì)的輻照電荷產(chǎn)生機(jī)理、場閾值電壓漂移及漏電的輻照規(guī)律，在提高場介質(zhì)本身總劑量加固能力的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種適用于大規(guī)模、超大規(guī)模CMOS集成電路和高速CMOS集成電路 的場區(qū)總劑量加固技術(shù)，本項目的研究成功將為研制應(yīng)用于衛(wèi)星及航天飛行系統(tǒng)中的集成電路開壁廣闊的前景。

相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，磁疇壁是一個過渡區(qū)，具有一定的厚度。磁疇的磁化方向在疇壁處不能突然轉(zhuǎn)一個很大的角度（主要有180°和90°兩種），而是經(jīng)過疇壁一定厚度逐步轉(zhuǎn)過去的，即在這個過渡區(qū)中原子磁矩是逐步改變方向的。疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量高，壁的厚薄和面積大小都使它具有一定能量。

磁疇的形狀尺寸.疇壁的類型與厚度總稱為磁疇結(jié)構(gòu)。同一磁性材料，如果磁疇結(jié)構(gòu)不同，則其磁化行為也不同，所以磁疇結(jié)構(gòu)不同是鐵磁性物質(zhì)磁性千差萬別的原因之一。磁疇結(jié)構(gòu)受到交換能、各向異性能、磁彈性能、磁疇壁能、退磁能的影響。平衡狀態(tài)時的疇結(jié)構(gòu)，這些能量之和應(yīng)具有最小值。

根據(jù)自發(fā)磁化理論，在冷卻到居里點以下而不受外磁場作用的鐵磁晶體中，由于交換作用使得整個晶體自發(fā)磁化達(dá)到飽和，顯然，磁化方向應(yīng)該沿著晶體的易軸，因為這樣交換能和磁晶能才都處于最小值。但因為晶體有一定的大小與形狀，整個晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，磁極的退磁場卻給系統(tǒng)增加了一部分退磁能。對于“單疇”從能量觀點，把磁體分為n個區(qū)域時。退磁能降為原來的1/n，減少退磁能是分疇的基本動力。但由于兩個相鄰磁疇間存在疇壁，又需要增加一定的疇壁能，因此自發(fā)磁化區(qū)域的劃分不能無限小，而是以疇壁能及退磁能相加等于極值為條件。為了降低能量.晶體邊緣表面附近為封閉磁疇，它們使得退磁能降為零。一個系統(tǒng)從高磁能的飽和組態(tài)變?yōu)榈痛拍艿姆之牻M態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的可能性是形成磁疇結(jié)構(gòu)的原因。

對于多晶體來說晶界，第二相.晶體缺陷、夾雜，應(yīng)力、成分的不均勻性等對疇結(jié)構(gòu)有顯著的影響。每一個晶粒會包含許多疇，在一個磁疇內(nèi)，磁化強(qiáng)度一般都沿著晶體的易磁化方向。對于非織構(gòu)的多晶體，各晶粒的取向是不同的，因此在不同晶粒內(nèi)部磁疇的取向是不同的。為了減少退磁場能，在夾雜物附近會出現(xiàn)附加疇。在平衡狀態(tài)時，疇壁一般都跨越夾雜物。

在居里溫度以下，鐵磁或亞鐵磁材料內(nèi)部存在很多具有各自的自發(fā)磁矩且磁矩成對的小區(qū)域。這些小區(qū)域排列的方向紊亂，宏觀上這些小區(qū)域的集合體在外界表現(xiàn)出整體磁矩為零，不顯磁性的現(xiàn)象。這些小區(qū)域即稱為磁疇。磁疇之間的界面稱為磁疇壁（magnetic domain wall）。當(dāng)有外磁場作用時，磁疇內(nèi)一些磁矩轉(zhuǎn)向外磁場方向，使得與外磁場方向接近一致的總磁矩得到增加，這類磁疇得到成長，而其他磁疇變小，結(jié)果是磁化強(qiáng)度增高。隨著外磁場強(qiáng)度的進(jìn)一步增高，磁化強(qiáng)度增大，但即使磁疇內(nèi)的磁矩取向一致，成了單一磁疇區(qū)，其磁化方向與外磁場方向也不完全一致。只有當(dāng)外磁場強(qiáng)度增加到一定程度時，所有磁疇中磁矩的磁化方向才能全部與外磁場方向取向完全一致。此時，鐵磁體就達(dá)到磁飽和狀態(tài)，即成飽和磁化。一旦達(dá)到飽和磁化后，即使磁場減小到零，磁矩也不會回到零，殘留下一些磁化效應(yīng)。這種殘留磁化值稱為殘余磁感應(yīng)強(qiáng)度（以符號Br表示）。飽和磁化值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs）。若加上反向磁場，使剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度回到零，則此時的磁場強(qiáng)度稱為矯頑磁場強(qiáng)度或矯頑力（Hc）。

從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點來看，鐵磁質(zhì)內(nèi)電子間因自旋引起的相互作用是非常強(qiáng)烈的，在這種作用下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小的自發(fā)磁化區(qū)域，叫做磁疇。每一個磁疇中，各個電子的自旋磁矩排列的很整齊，因此它具有很強(qiáng)的磁性。磁疇的體積約為10^-12m³～10^-9m³，內(nèi)含約10¹⁷～10²⁰ 個原子。在沒有外磁場時，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個磁疇的排列方向是無序的，所以鐵磁質(zhì)對外不顯磁性。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場中時，各個磁疇的磁矩在外磁場的作用下都趨向于沿外磁場中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁場強(qiáng)度B'比外磁場的磁場強(qiáng)度B在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)數(shù)萬倍。

首先，材料內(nèi)部的自發(fā)磁化使原子磁矩定向排列，這一過程使原子間磁矩的相互作用能降低，但這個過程不能使整塊晶體都變成一個磁疇，甚至不可能是一個很大的疇，因為磁疇要在空間產(chǎn)生磁場，從而引起靜磁能。然而，磁疇的分割不能無限進(jìn)行下去，因為磁疇界面的過渡區(qū)域(稱為疇壁)是一個高能量區(qū)。當(dāng)磁疇被分割至很小時，疇壁能會非常大，因為疇壁的體積分?jǐn)?shù)隨磁疇的變小而增加。這樣就形成了具有一定大小的磁疇結(jié)構(gòu)。有時，會在晶體的上、下表面形成三角棱體磁疇，以便將磁力線全部封閉在晶體內(nèi)部，進(jìn)一步降低靜磁能。 2100433B