Bildung starker dichter Yttriumeisengranat Films Mit Aerosol Deposition

Das übergeordnete Ziel des Experiments besteht darin, mithilfe einer Abscheidungstechnik bei Raumtemperatur einen mehrere Mikrometer dicken, dichten, polykristallinen Film aus Atrium-Eisengranat auf ein Saphir-Substrat aufzubringen. Dazu wird ein vorbereitetes Substrat im ersten Schritt auf der Translationsstufe befestigt, die an der oberen Abdeckung des Geräts angebracht ist. Anschließend wird die obere Abdeckung auf der Abscheidungskammer platziert und die Motorkabel angeschlossen. Um das Pulver mit der gewünschten Agglomerationsgröße in die Aerosolkammer einzubringen, wird der Deckel der Aerosolkammer eingesetzt und über eine Düse mit der Abscheidungskammer verbunden. Danach wird ein Druckgradient zwischen den Kammern erzeugt und die Gaszufuhr in die Aerosolkammer gestartet.

Kombinieren Sie dies mit der Wirkung einer Vibrationsplatte, um ein Aerosol zu erzeugen, das durch die Düse in die Abscheidungskammer gelangt. Die Abscheidung des Glomerats erfolgt durch Bruch, Verformung und Verschmelzung des Kristallits, was zur Bildung eines dicken, dichten Films auf dem Substrat führt. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden liegt darin, dass sie sehr dicke, dichte Filme erzeugen kann, ohne dass das Substrat oder das Vorläufermaterial aus produktionstechnischer Sicht erhitzt werden müssen.

Die Aerosolabscheidung hat außerdem den Vorteil, dass sie in einer relativ geringen Vakuumumgebung durchgeführt werden kann und eine sehr hohe Abscheiderate erreicht. Im Mittelpunkt dieses Experiments steht die Aerosolabscheidungsanlage. Diese schematische Darstellung der Ausrüstung zeigt die Hauptkomponenten.

Platzieren Sie das Pulver, das aerosoliert werden soll, in die Aerosolkammer und leiten Sie ein strömungsreguliertes Trägergas in die Kammer ein, indem Sie einen Druckunterschied zwischen der Aerosolkammer und der Ablagekammer aufrechterhalten. Erzeugen Sie einen Aerosolstrom, der durch die Düse gesteuert wird, um eine Ablagerung auf einer Probe in der Ablagekammer zu ermöglichen. Bei Verwendung einer Translationsstufe für dieses Video besteht der erste Schritt darin, ein vorbereitetes Substrat auf der Translationsstufe zu befestigen.

Die Translationsstufe ist Teil der oberen Kappeinheit. Bringen Sie zunächst doppelseitiges Kupfertape nahe der Mitte der Stufe an. Danach nehmen Sie ein gereinigtes und getrocknetes Substrat und platzieren es auf dem Tape nahe der Mitte der Stufe.

Dieses sechs Millimeter mal sechs Millimeter große Saphirsubstrat befindet sich in Position. Fahren Sie für die nächsten Schritte des Protokolls fort, indem Sie mit einem Messschieber Daten sammeln, die zur Ausrichtung der Sprühdüse benötigt werden.

Messen und notieren Sie dazu den Abstand von einer Kante der Montageplattform zu den nächstgelegenen und entferntesten Kanten entlang einer Richtung. Führen Sie eine ähnliche Messung in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung durch. Nach Abschluss der Messungen transportieren Sie die obere Abdeckung zusammen mit der Translationsplattform und der Probe in die Abscheidungskammer.

Senken Sie die obere Abdeckung ein und geben Sie den Translationsstadium und die Probe in die Kammer. Sobald dies erfolgt ist, befestigen Sie die obere Abdeckung, indem Sie den Flansch klemmen, um sie abzudichten. Anschließend schließen Sie die Steuerungskabel für die Translationsmotoren an.

Nun fahren Sie fort mit der Vorbereitung der hier gezeigten Aerosolkammer, deren oberer Teil entfernt ist. Beschaffen Sie 100 bis 150 Gramm gesiebtes und getrocknetes Yttrium-Eisen-Granat-Pulver. Verteilen Sie das Pulver gleichmäßig auf dem unteren Abschnitt der Aerosolkammer. Weiter.

Bringen Sie für diesen Aufbau eine Filterreinigungsvorrichtung an. Nehmen Sie den Hauptkörper der Aerosolkammer und setzen Sie ihn auf den unteren Teil auf. Befestigen Sie anschließend den Hauptkörper durch Klemmen mit dem unteren Teil.

Danach das Aerosol-Druckmessgerät an den Seitenanschluss anschließen. Nun den Einlassabschnitt der Düse nehmen und mit einer Schnellklemme am oberen Anschluss des Hauptkörpers der Aerosolkammer befestigen. Sobald dies vorbereitet ist, das Einlassrohr der Düse an den Einlassanschluss der Ablagekammer hochführen.

Beenden Sie, indem Sie die obere und untere Armatur befestigen. Beginnen Sie mit dem Aufbau eines Druckgefälles, indem Sie die Vorpumpe vom Rest des Systems isolieren. Schalten Sie sie dann ein.

Öffnen Sie eine Bypass-Leitung, um die anfängliche Pumpphase durchzuführen, um eine besser kontrollierte Evakuierung zu gewährleisten. Schalten Sie das Beleuchtungslicht der Abscheidungskammer über den Computer ein. Stellen Sie die Software zur Drucküberwachung und zur Steuerung des Substrathalters ein, ohne eine der beiden Funktionen zu starten, während das Evakuieren fortgesetzt wird.

Überwachen Sie den Systemdruck. Wenn der Druck 150 bis 200 Tor erreicht, stellen Sie die Pumpgeschwindigkeit der Bypass-Leitung auf einen Tor pro Sekunde ein. Sobald der Druck unter 100 Tor fällt, starten Sie die Software zur Drucküberwachung und Stufensteuerung.

Wenn der Druck etwa ein Tor beträgt, schließen Sie die Ventile zur Bypass-Leitung. Fahren Sie fort, indem Sie das Hauptpumpenventil öffnen. Während das Pumpen andauert, begeben Sie sich zur Abscheidungskammer und ziehen die Klemme an der oberen Kappe fest.

Der nächste Schritt besteht darin, die Gebläsepumpe einzuschalten und den Ultra-Hochreinheits-Stickstoffgaszylinder zu öffnen, um das Trägagas am Computer bereitzustellen. Verwenden Sie die grafische Benutzeroberfläche der Stufensteuerungssoftware, um das Substrat entsprechend der Sicht durch das Sichtfenster zu positionieren. Platzieren Sie zunächst das Substrat über der Düse.

Sobald der Substrat in Position ist, senken Sie ihn, bis er die Düse berührt. Bewegen Sie dann den Substrat um 7,5 Millimeter in vertikaler Richtung in seine Position. Schließen Sie die Hauptpumpleitung und überprüfen Sie, dass die Leckrate weniger als etwa drei Millitorr pro Sekunde beträgt.

Bevor Sie fortfahren, stellen Sie das Schmetterlingsventil der Abscheidungskammer auf den voreingestellten Wert von 500 TOR ein. Stellen Sie die Durchflussrate des Massendurchflussreglers ein, schalten Sie ihn jedoch noch nicht ein. Programmieren Sie einen Funktionsgenerator, um die Schwingungsfrequenz des Rührers einzustellen, und schalten Sie ihn ein.

Schalten Sie den Stickstoffgasfluss ein. Zählen Sie dann drei Sekunden rückwärts, bevor Sie das Makro für den Stufenregler am Computer starten. Stellen Sie die Gasströmungsgeschwindigkeit so ein, dass die gewünschte konstante Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

In diesem Fall etwa 500 Tor. Nutzen Sie den Sichtbereich, um die Abscheidung visuell zu überwachen. Notieren Sie am Ende der Abscheidung die genaue Laufzeit.

Schalten Sie das Stickstoffgas, den Funktionsgenerator und die Pumpen ab. Öffnen Sie die Abscheidungskammer. Schmetterlingsventil, öffnen Sie das Bypass-Ventil zur Abscheidungskammer vollständig.

Stellen Sie den Hausstickstoffgasregler auf null und leiten Sie das Gas in die Abscheidungskammer um. Schließen Sie das Hauptpumpventil, während Sie den Druck des Hausgases langsam erhöhen. Kehren Sie zum Computer zurück, verwenden Sie die Software des Stufenreglers, um die Düse zu referenzieren, und schließen Sie anschließend das Programm.

Wenn der Druck über 100 tor liegt, stoppen Sie die Drucküberwachungssoftware. Stellen Sie das Hausgas nach Bedarf weiter ein, bis das System Atmosphärendruck erreicht hat. Zum Entnehmen der Probe trennen Sie die Kabel für die Translationsmotoren von der Oberseite der Abscheidungskammer.

Entfernen Sie die obere Abdeckung aus der Abscheidungskammer und bringen Sie sie auf eine Arbeitsbank. Richten Sie an der Bank die obere Abdeckung so aus, dass der Zugang zur Probe möglich ist. Entfernen Sie die Probe, um sie für die Charakterisierung vorzubereiten.

Dies ist eine Rasterelektronenmikrografie eines Eisen-Granat-Films auf einem Saphir-Substrat. Der Abscheidevorgang bewegte sich mit 0,65 Millimetern pro Sekunde und deckte eine Fläche von 75 Quadratmillimetern ab. Der Film ist leicht rau und gut verdichtet mit wenigen Hohlräumen.

Die dichte Beschaffenheit des Films ist ebenfalls in diesem Rasterelektronenmikrograf der Querschnittsfläche des Films zu erkennen. Auf dem Saphirsubstrat zeigt das Hauptbild die Kante der abgeschiedenen Probe, wie sie während der Abscheidung entstanden ist. Es handelt sich nicht um einen gespaltenen Schnitt des Films.

Der Ausschnitt zeigt eine vergrößerte Ansicht des Querschnitts. Ein Stufensprung wurde erzeugt, indem ein Teil des Films entlang einer Kante entfernt wurde. Die Daten in Schwarz geben die Stufenhöhe des Films an.

Die rote Linie zeigt eine durchschnittliche Schichtdicke von etwa 11 Mikrometern an. Die Rauheit beträgt etwa 1,4 Mikrometer. In diesem Diagramm ist die Pharaoh-Magnetresonanzabsorption, abgeleitete Daten, in schwarz dargestellt, und eine an die Daten angepasste Lian-Ableitungsform ist rot dargestellt.

Sowohl die Signalposition als auch die Form der Daten sind mit typischen Spektren vergleichbar. Für polykristallines Atrium-Eisengranat, das mit anderen Methoden gezüchtet wurde. Der gute Lian-Fit deutet auf einen homogenen Film hin.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie der Aerosolabscheideprozess funktioniert und wie man die Aerosolabscheidung mit diesem System durchführt.