磁疇壁和布洛赫線物理研究項(xiàng)目摘要

本項(xiàng)目將研究多層場(chǎng)介質(zhì)、摻雜場(chǎng)介質(zhì)和不同氧化方式制備的場(chǎng)介質(zhì)的輻照電荷產(chǎn)生機(jī)理、場(chǎng)閾值電壓漂移及漏電的輻照規(guī)律，在提高場(chǎng)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(chǎng)區(qū)總劑量加固技術(shù)，本項(xiàng)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(diǎn)以下而不受外磁場(chǎng)作用的鐵磁晶體中，由于交換作用使得整個(gè)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?yàn)檫@樣交換能和磁晶能才都處于最小值。但因?yàn)榫w有一定的大小與形狀，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，磁極的退磁場(chǎng)卻給系統(tǒng)增加了一部分退磁能。對(duì)于“單疇”從能量觀點(diǎn)，把磁體分為n個(gè)區(qū)域時(shí)。退磁能降為原來的1/n，減少退磁能是分疇的基本動(dòng)力。但由于兩個(gè)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(gè)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(duì)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(duì)疇結(jié)構(gòu)有顯著的影響。每一個(gè)晶粒會(huì)包含許多疇，在一個(gè)磁疇內(nèi)，磁化強(qiáng)度一般都沿著晶體的易磁化方向。對(duì)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(chǎng)能，在夾雜物附近會(huì)出現(xiàn)附加疇。在平衡狀態(tài)時(shí)，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(duì)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(chǎng)作用時(shí)，磁疇內(nèi)一些磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向，使得與外磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向也不完全一致。只有當(dāng)外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，所有磁疇中磁矩的磁化方向才能全部與外磁場(chǎng)方向取向完全一致。此時(shí)，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(chǎng)減小到零，磁矩也不會(huì)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(hào)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(chǎng)，使剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度回到零，則此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度或矯頑力（Hc）。

從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)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(gè)磁疇中，各個(gè)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(gè)原子。在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無序的，所以鐵磁質(zhì)對(duì)外不顯磁性。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場(chǎng)中時(shí)，各個(gè)磁疇的磁矩在外磁場(chǎng)的作用下都趨向于沿外磁場(chǎng)中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度B'比外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)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(gè)過程不能使整塊晶體都變成一個(gè)磁疇，甚至不可能是一個(gè)很大的疇，因?yàn)榇女犚诳臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而引起靜磁能。然而，磁疇的分割不能無限進(jìn)行下去，因?yàn)榇女牻缑娴倪^渡區(qū)域(稱為疇壁)是一個(gè)高能量區(qū)。當(dāng)磁疇被分割至很小時(shí)，疇壁能會(huì)非常大，因?yàn)楫牨诘捏w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(shí)，會(huì)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