基于FeGa和FeGaCr薄膜的高性能MEMS磁执行器

《Journal of Microelectromechanical Systems》：High Performance MEMS Magnetic Actuator Based on FeGa and FeGaCr Thin Films

磁微机电系统性能研究显示，铬掺杂的FeGaCr薄膜较FeGa薄膜具有更低电导率（8.9364μΩ·m vs 115.4μΩ·m），残余应力达+143.43MPa，XRD证实其立方相结构，SEM显示晶粒尺寸优化，Hc和Ms显著提升。磁执行器在1156 Oe场中产生14.24μm纵向偏转和10.32μm横向偏转，验证了Cr掺杂对结构-磁性能协同调控的有效性，为磁微机电传感器/执行器开发提供新思路。

　　

摘要：

FeGa和FeGaCr薄膜由于其出色的磁性能，在磁微机电系统（magMEMS）中具有巨大的应用潜力。本研究探讨了基于高性能FeGa和FeGaCr薄膜的MEMS磁执行器。采用激光多普勒振动仪（LDV）测量了悬臂梁的变形情况。此外，还测量了FeGaCr薄膜的残余应力，结果为+143.43MPa，属于拉伸应力类型。X射线衍射（XRD）分析表明FeGaCr薄膜呈现立方相结构，其磁性能与立方相结构相匹配。扫描电子显微镜的纳米结构观察结果显示，由于铬的掺杂作用，晶粒尺寸得到了改善。铬的掺杂还提高了FeGaCr薄膜的矫顽场（Hc）和饱和磁化强度（Ms）。FeGaCr薄膜的电电阻率为8.9364 μΩ·m，而FeGa薄膜的电电阻率为115.4 μΩ·m。将该MEMS磁执行器置于1156 Oe的磁场中，测量得到沿悬臂梁方向的平面变形量为14.24 μm，垂直于悬臂梁方向的变形量为10.32 μm。铬的掺杂显著改善了FeGaCr薄膜的磁性能。这些发现表明，铬的掺杂能够显著改变FeGa薄膜的结构、磁性和电学性能，使其非常适合用于先进的magMEMS应用，如传感器、执行器、振动控制和能量采集装置。本研究为优化磁致伸缩薄膜的性能提供了宝贵的见解，有助于推动下一代磁MEMS传感和转换技术的发展。[2025-0091]