Name: エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: 学ぶエアロゾルデポジション法による厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成技術。サファイア基板上に数マイクロンの緻密な膜を室温で成膜し、走査型電子顕微鏡と強磁性共鳴で特性を評価する方法です。

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SDJは感謝の彼の部分のための工学教育/ NRLポストドクトラルフェローシッププログラム、材料の磁気特性にコンラートBUSSMANN（NRL）とMingzhongウー（コロラド州立大学）と協議し、ロン·ホルム（NRL）のためのアメリカ協会のサポートを認めNRLのADシステムの設計と実装。

1.パウダー準備<ol><li>ふるいのように受信したイットリウム鉄ガーネット（YIG）凝集体100〜150 gを得た粉末は、53ミクロン未満の大きさ。 </li><li> 300℃より高い温度で少なくとも24時間乾燥させるために炉にふるい分けした粉末を配置します。 </li></ol> 2.基板の準備<ol><li>所望のサイズの基板を洗浄、イソプロパノール、次にアセトンを用いて例えば 3ミリメートル×3ミリメートル。窒素ガスを用いたドライ。 </li></ol>エアロゾルデポジション法を実行3. <ol><li>翻訳装着ステージにサンプルをマウントします。 <ol><li>マウントステージに両面銅テープを配置します。銅テープに洗浄された基板を配置します。 </li><li>サンプルの各端に取り付け、ステージの端からの距離を測定します。サンプル履歴シートの寸法およびサンプルの位置を記録します。 </li><li>載置台は、翻訳モトの本体と平行に整列されていることを確認キャリパーとモータ本体の端に取り付け、ステージの端からの距離を測定することにより、R。堆積チャンバ内にサンプルをロードします。 </li><li>堆積チャンバをシールするフランジをクランプ。翻訳モータ用3 15ピンDサブコントローラのケーブルを接続します。 </li></ol></li><li>粉末をロードし、エアロゾル室をクローズアップ。 <ol><li>炉から乾燥した粉末を除去し、エアロゾル室の底部に配置します。フィルタード詰まりロッドにフィルタデ詰まりロッドアタッチメントをスライドさせます。 </li><li>エアロゾル室の底部にエアロゾル室の本体を置きます。本体底部に取り付けられているように、フィルタデ詰まりロッドアタッチメントは、攪拌プレート上に載置することができます。 </li><li>底部に本体を固定します。エアロゾル室の本体側ポートにエアロゾル室の圧力計を取り付けます。 </li><li>本体O上の上部ポートにノズル入口部をクランプQFクランプを使用してエアロゾル室F。堆積チャンバの入口ポートにノズル導入管を上げ、上部と下部の金具を固定します。 </li><li>サンプル履歴シートの粉末とエアロゾル室識別番号を記録します。 </li></ol></li><li>それはシステムの残りの部分から分離されたと粗引きポンプをオンにします。堆積室の照明ランプをオンにします。システム全体のポンプダウンを開始するバイパスライン上の狭窄弁を開きます。 </li><li>セットアップの堆積作業識別と圧力の監視ソフトウェア。 </li><li>コマンド·ライン·ターミナル·ウィンドウで「pitrans」を入力して、ステージコントローラマクロ作成者を実行し、必要な情報を入力します。実行ログのスプレッドシートに新しいシートを作成し、堆積パラメータ、セットアップメモを記録。 </li><li>システム圧力は約150〜200トルに達した後、わずかにunconstricted弁を開きます。約1トール/秒のポンプダウン速度を維持。第一回電子圧力は、圧力監視ソフトウェアと並進ステージモータコントローラソフトウェアを起動100トール未満に低下しました。 </li><li>システム圧力に達した後、約1トルは、バイパスラインにすべての3つのバルブを閉じ、主ポンプのバルブを開きます。堆積チャンバーのトップキャップにクランプを締めます。 </li><li>ブロワーポンプをオンにします。超高純度（UHP）窒素ガスボンベを開きます。圧力を監視し、システムのベース圧力を記録する（これは、一般的に15〜25トルに達します）。 </li><li>ノズルと基板との間の距離を設定します。ノズルを介して実装基板を移動するために、ステージコントローラソフトウェアのグラフィカルユーザインタフェース画面を使用してください。それに接触ノズルまで基板を下げます。この位置からの垂直方向の基板7.5ミリメートルを移動します。 </li><li>主ポンプラインを閉じ、圧力監視ソフトウェアのシステムの漏れ率を監視します。バルブを遮断時の初期リークレートに注意してください。このLEA場合K率は、そうでなければ漏れをチェックを開始未満3.33トル/秒継続しています。典型的な漏れ率が1.2未満ミリトール/秒です。 </li><li> 500トールプリセット値に堆積チャンバのバタフライバルブを設定します。 13.63リットル/分（でそれを有効にしない）にマスフローコントローラ値を設定します。 </li><li>堆積のための開始位置に取り付け、ステージを移動します。コントローラソフトウェアにステップ3.7で作成したマクロをロードします。 </li><li> 135と145 Hzの間で直線的に10秒ごとに掃引するプログラム関数発生器。上の関数発生器をオンにします。窒素ガスの流れをオンにします。 3秒のカウントダウン後にステージコントローラマクロを起動します。 </li><li>堆積を監視し、500±0.5トルの圧力差を維持するために必要なガス流量を調整する（または実行のために所望されるように）堆積の期間。 注：堆積チャンバーの圧力は、典型的には、0.65トールであり、堆積チャンバー内の圧力は、典型的には、501トルです。制御不能な変動圧力で通常UHP窒素が不足していることを示しています。ランの期間にわたって圧力のわずかな低下（1-2トル）が代表的です。これは、ガス流量を増加させることによって改善することができます。初期時には目に見えるフィルムを基板上に形成すべきである通り、膜形成の欠如は、粉末および/または重大なフィルタの目詰まりの不十分なエアロゾル化を示唆しています。 </li><li>堆積の終了時に正確な堆積の実行時間に注意してください。窒素ガス、関数発生器、およびポンプを遮断します。完全に堆積チャンバのバタフライバルブを開きます。 </li><li>堆積チャンバの側に位置するバイパスバルブを開きます。ゼロに家の窒素ガスレギュレータをオンにして、堆積チャンバ内にそれをリダイレクトします。ゆっくりと家のガスレギュレータ圧を増加させながら主ポンプのバルブを閉じてください。 </li><li>ホームは、X = 25ミリメートル、Y = 25ミリメートル、およびZ = 25ミリメートルのノズルは、その後、ステージコントローラソフトウェアを閉じます。 </li><li>システム内の圧力が上昇した後は100の上トルは、圧力監視ソフトウェアを停止します。堆積を完了するために使用され、時間の総窒素ガスを記録します。システムが大気に到達するまで、必要に応じて家のガス圧を調整します。 </li><li> 3 15ピンDサブステージコントローラのケーブルを抜いて、トップキャップをアンクランプ。堆積室からトップキャップを外し、サンプルをアンマウントします。 </li></ol> 4.堆積後の検査<ol><li>実装段階からサンプルを取り出して、顕微鏡下でそれを点検。必要に応じて、ルースパウダーを除去するためにイソプロパノールでサンプルを洗浄します。フィルムの計画の特徴付けを行います。 </li></ol>

<ol><li>Akedo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room+Temperature+Impact+Consolidation+%28RTIC%29+of+Fine+Ceramic+Powder+by+Aerosol+Deposition+Method+and+Applications+to+Microdevices%5BTitle%5D)+AND+%22J.+of+Therm.+Spray+tech%22%5BJournal%5D)">Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices.</a> J. of Therm. Spray tech. 17, 181(2008).</li>
<li>Hahn, B. D., Park, D. -S., Choi, J. -J., Ryu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoconductive+hydroxyapatite+coated+PEEK+for+spinal+fusion+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Osteoconductive hydroxyapatite coated PEEK for spinal fusion surgery.</a> Appl. Surf. Sci. 283, 6-11 (2013).</li>
<li>Johnson, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+Deposition+of+Yttrium+Iron+Garnet+for+Fabrication+of+Ferrite-Integrated+On-Chip+Inductors%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+on+Magnetics%22%5BJournal%5D)">Aerosol Deposition of Yttrium Iron Garnet for Fabrication of Ferrite-Integrated On-Chip Inductors.</a> IEEE Trans. on Magnetics. 51 (05), (2015).</li>
<li>Johnson, S. D., Kub, F. J., Eddy, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ZnS%2FDiamond+Composite+Coatings+for+Infrared+Transmission+Applications+Formed+by+the+Aerosol+Deposition+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">ZnS/Diamond Composite Coatings for Infrared Transmission Applications Formed by the Aerosol Deposition Method.</a> Proceedings of SPIE. 8708, 87080T-87081T (2013).</li>
<li>Han, G., Ryu, J., Yoon, W. -H., Choi, J. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+electrode+and+substrate+on+the+fatigue+behavior+of+PZT+thick%5BTitle%5D)+AND+%22Ceram.+Int%22%5BJournal%5D)">Effect of electrode and substrate on the fatigue behavior of PZT thick.</a> Ceram. Int. 38 (1), S241-S244 (2012).</li>
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<li>Ryu, J., Park, D. -S., Schmidt, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-plane+impedance+spectroscopy+in+aerosol+deposited+NiMn2O4+negative%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">In-plane impedance spectroscopy in aerosol deposited NiMn2O4 negative.</a> J. Appl. Phys. 109 (11), 112722(2011).</li>
<li>Yoon, W. -H., Ryu, J., Choi, J. -J., Hahn, B. -D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Thermoelectric+Properties+of+Textured+Ca3Co4O9+Thick+Film+by+Aerosol+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Enhanced Thermoelectric Properties of Textured Ca3Co4O9 Thick Film by Aerosol Deposition.</a> J. Am. Ceram. Soc. 93 (8), 2125-2127 (2010).</li>
<li>Ryu, J., Kim, K. -Y., Choi, J. -J., Hahn, B. -D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Dielectric+Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7+Thin+Films+on+a+Cu-Polyimide+Foil%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Flexible Dielectric Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 Thin Films on a Cu-Polyimide Foil.</a> J. Am. Ceram. Soc. 92 (2), 524-527 (2009).</li>
<li>Hahn, B. -D., Lee, J. -M., Park, D. -S., Choi, J. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+and+in+vitro+biological+performances+of+hydroxyapatite-carbon%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Mechanical and in vitro biological performances of hydroxyapatite-carbon.</a> Acta Biomater. 8 (8), 3205-3214 (2009).</li>
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<li>Popova, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perpendicular+magnetic+anisotropy+in+ultrathin+yttrium+iron+garnet+films+prepared+by+pulsed+laser+deposition+technique%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+of+Vac.+Sci.+Techn.+A%22%5BJournal%5D)">Perpendicular magnetic anisotropy in ultrathin yttrium iron garnet films prepared by pulsed laser deposition technique).</a> J. of Vac. Sci. Techn. A. 19 (5), 2567-2570 (2001).</li>
<li>Sun, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+and+ferromagnetic+resonance+properties+of+nanometer-thick+yttrium%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Growth and ferromagnetic resonance properties of nanometer-thick yttrium.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (15), 082405(2012).</li>
<li>Kalarickal, S. S., Krivosik, P., Das, J., Kim, K. S., Patton, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+damping+in+polycrystalline+Fe-Ti-N+films%3A+Physical+mechanisms+and+correlations+with+composition+and+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Microwave damping in polycrystalline Fe-Ti-N films: Physical mechanisms and correlations with composition and structure.</a> Phys. Rev. B. 77, 054427(2008).</li>
<li>Johnson, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+Ferrite-Integrated+On-Chip+Inductors+Using+Aerosol+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetics+Business+%26+Technology+Magazine%22%5BJournal%5D)">Advances in Ferrite-Integrated On-Chip Inductors Using Aerosol Deposition.</a> Magnetics Business & Technology Magazine. 10, (2014).</li>
<li>Johnson, S. D., Glaser, E. R., Cheng, S. -F., Kub, F., Eddy Jr,, R, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+As-Deposited+and+Sintered+Yttrium+Iron+Garnet+Thick+Films+Formed+by+Aerosol%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Express%22%5BJournal%5D)">Characterization of As-Deposited and Sintered Yttrium Iron Garnet Thick Films Formed by Aerosol.</a> Appl. Phys. Express. 7, 035501(2014).</li>
<li>Lee, D. -W., Nam, S. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+Affecting+Surface+Roughness+of+Al2O3+Films+Deposited+on+Cu+Substrates+by+an+Aerosol+Deposition+Method%5BTitle%5D)+AND+%22J.+of+Ceramic+Proc.+Research%22%5BJournal%5D)">Factors Affecting Surface Roughness of Al2O3 Films Deposited on Cu Substrates by an Aerosol Deposition Method.</a> J. of Ceramic Proc. Research. 11, 100(2010).</li>
<li>Glass, H. L., Elliott, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attainment+of+the+Intrinsic+FMR+Linewidth+in+Yttrium+Iron+Garnet+Films+Grown+by+Liquid+Phase+Epitaxy.J%5BTitle%5D)+AND+%22Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">Attainment of the Intrinsic FMR Linewidth in Yttrium Iron Garnet Films Grown by Liquid Phase Epitaxy.J.</a> Cryst. Growth. 34, 285(1976).</li>
</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

図4のSEM画像は、有意な骨折および高密度化は、堆積プロセス中に発生していることを示しています。画像は、空隙と粒子の少数を示す膜の上面から取り出されます。観察可能な領域が堆積し、したがって、粒子2と図1の3からの衝撃によって示されるように、その後の粒子のさらなる衝撃や高密度化プロセスの恩恵を受けない材料の最後のものである。膜密度サンプル缶の体積内断面の高倍率挿入図とともに、 図5。この画像の断面画像が見ることが、緻密な膜のためのさらなる証拠を提供します。 SEM画像で見られる粗さは、プロファイルスキャンで定量的に確認されました。これらの膜の粗さは、堆積の高レート（/分1.95ミクロン）に起因する可能性があります。これは、フィルムがより形成されていることが可能ですゆっくりと完全に破砕粒子を有効にして、追加の粒子が到着する前に付着するが、フィルムの粗さの増加は、膜厚21の増加と基本的に関係している可能性があります。膜を横切る厚さの低下は、堆積チャンバ内に粒子の...

エアロゾルデポジション法（AD）は、バルク1の95％より大きい密度を有する厚さの数百マイクロメートルまでの層を生成することができる厚膜堆積プロセスです。堆積プロセスは、接着、衝撃、骨折または変形の継続的なプロセスによって起こると考えられ、粒子の緻密化されている。 図1は、いくつかの工程で、粒子衝撃および緻密化を示す一連のステップとして、このプロセスを示しています。図に示すように、粒子100〜500メートル/秒の典型的な速度で基板に向かって移動します。彼らは破壊し、基板に付着する基板と初期粒子への影響など。このアンカー層を基板とバルクフィルムとの間の機械的接着性を提供します。その後の影響が発生すると、基礎となる粒子が付着し、ますます骨折、さらに緻密化されています。継続的な影響、破壊、および高密度化のこのプロセスは、下地膜を圧縮してCRYSを接合するために動作しますtallitesとバルク材料の95％以上に達する密度を有するフィルムを製造します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig1.jpg" /> 堆積プロセスの図1イラスト。パネルA 100〜500メートル/秒の典型的な速度で基板に向かって移動する3粒子を示します。パネルBは、衝撃、破砕、及び第一の粒子の接着の結果を示します。パネルC及びDは、第2および第3の粒子のその後の影響、さらにコンパクトな下地膜を示し、微結晶を結合します。結果は（文献19から許可を得て複製）バルク材料の95％よりも高い密度を有する膜である。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> ADの主な利点はdeposということですitionは、周囲室温で完全に行われます。これにより、低溶融温度基板上に高融点温度材料（原料粉末）を、例えば、膜成長を可能にします。堆積速度は、毎分数マイクロメートルまでとすることができ、堆積チャンバ内1-20トルの中程度の真空状態で行われます。プロセスは、非常に大きな堆積領域まで拡大し、最終的には、それがコンフォーマルに堆積することができる能力を示しています。2 このようなインダクタ3、耐摩耗性コーティング4、圧電体5、マルチフェロイックス6、magnetoelectrics 7サーミスタ8、熱電膜9、柔軟な誘電体10、硬組織のインプラントおよびバイオセラミックスなどの種々の用途のためのADによって研究の多くの材料系があり、 11、固体電解質12、および光触媒13。マイクロ波デバイスへの応用、Severaのの磁性膜のための厚さがマイクロメートルのL数百人は、理想的には、回路基板の要素に直接統合されることを必要としています。この統合を実現するための一つの課題は、フェライト膜を製造するために必要な高温度領域であるイットリウム鉄ガーネット（YIG）として、（ハリスら 14でレビューを参照してください）。このような理由から、ADは、磁気集積回路技術の潜在的な新しい進歩を実現するための自​​然な選択であるように思われます。低コストオペレーション、高い堆積速度、およびADのシンプルさは、ドイツ、フランス、日本、韓国の研究者が関心に拍車をかけ、現在は米国でいます。 図2は、エアロゾルデポジション法を実行するための基本的なセットアップを概説する図です。圧力は、それぞれ、エアゾール容器、堆積チャンバと、ポンプヘッドにP AC、P DC、およびP Hとなった場所で監視されます。マスフローコントローラ（MFC）によって制御されるガス流は、エアロゾルに入りますチャンバと粉末をエアロゾル化。堆積チャンバは、矩形（0.6ミリメートル×4.8ミリメートル）のノズル開口部を通って粒子の流れを引き起こし、二つの室の間の圧力差を生成するためにポンピングされます。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig2.jpg" /> 図NRL ADMシステム2.メインコンポーネント。圧力はP AC、P DC、およびP Hは 、それぞれ、エアゾール容器、堆積チャンバと、ポンプヘッドのための位置にマーク監視されます。詳細は本文を参照してください。 （著作権（2014）応用物理学会は、リファレンス20から再生）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig2highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> この作品の個々のYIG粒子の平均サイズは0.5μmです。凝集の効果は、これらの原因となります小さな粒子は、約10ミクロンから約400ミクロンのサイズの範囲で非常に大きな凝集体を形成します。凝集体サイズおよび送達速度の制御は、緻密な、よく形成されたフィルムを達成するために不可欠です。これは、堆積チャンバ内にサイズ選択し、均一な粒子束を可能にするエアロゾル室の構成を必要とします。粉末は、従来のエアロゾル室にロードされると53ミクロンよりも大きい任意の凝集物を除去するために事前にふるいにかけます。この作業で使用されるエアロゾル室構成は、図3に示されている。窒素ガスは、チャンバの底部側に位置する4つの入口ノズル（二は、 図3に示されている）を介して入ります。ガスは53ミクロン未満の凝集粒子径の分布からなるエアロゾルを生成するために（緑で表示）YIG粉末と相互作用します。ステンレス鋼板製エアゾール容器の基部には、攪拌機に移動粉末を維持するために継続的に振動させますガス流量。凝集体は、凝集体がノズル入口に入るために45μm未満のサイズのことができ、45μmのフィルターに影響を与えます。ノズルに入る際に凝集体を入口大きな速度まで加速し、蒸着を行うために、堆積チャンバ（図示せず）に排出されます。ステンレス鋼ロッドは、デ詰まりフィルタを補助するために（図示せず）攪拌機のベースにフィルタの底部を接続します。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig3.jpg" /> フィルタ、入口ノズルと、YIG粉末示すと内部エアロゾル室の構成図3.イラスト。詳細は本文を参照してください。 このレポートでは、YIGの緻密なフィルムを製造するために、上記のカスタムビルドシステムを使用してADを実行するための実験手順について詳しく説明します。このシステムで生産さ11ミクロンの厚さのフィルムのための代表的な結果をscanninを使用して提示されていますG型電子顕微鏡（SEM）、厚さプロファイル、強磁性共鳴（FMR）。提示された結果は、磁気特性や膜の材料構造の詳細な研究であることを意図したものではなく、この技術によって製造されたフィルムのデモンストレーションとして。されていない<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig3highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>強磁性共鳴分光器</td><td>www.bruker.com/</td> <td>9.5GHz分光器</td><td></td></tr><tr><td>走査型電子顕微鏡</td><td>www.zeiss.com</td><td>LEO Supra 55</td><td></td></tr><tr><td>プロフィロメータ</td><td>www.kla-tencor.com/</td> <td>D-120</td><td></td></tr><tr><td>実体顕微鏡</td><td>www.microscopes.com</td><td>オマノ実体顕微鏡</td><td>蒸着室から取り出した直後の検査に使用</td></tr><tr><td>両面銅テープ</td><td></td><td>www.2spi.com 05085A-AB</td><td>ホールドダウンクリップまたは他の接着剤は、</td></tr><tr><td>ニトリル試験用手袋</td><td>www.fishersci.com</td><td>19-130-1597D</td><td></td></tr><tr><td>2-プロパノール</td><td>www.fishersci.com</td><td>A451SK-4</td><td></td></tr>アセ<tr><td>トン</td><td>www.fishersci.com</td><td>A11-1</td><td></td></tr><tr><td>イットリウム鉄ガーネットパウダー</td><td>www.trans-techinc.com/</td><td>製品情報の呼び出し</td><td>粉は注文し、仕様に粉砕されるカスタムメイド</td></tr>です <tr><td>ステンレス鋼のスプーン</td><td>www.fishersci.com</td><td>14-429E</td> 粉末アルミナボート www.coorstek.com/ <td>すくい、転送するために使用されます</td></tr> アルミ<tr><td>ナボート</td><td></td> <td>65580</td><td></td></tr><tr><td>乾燥</td><td>www.paragonweb.com</td> 炉 <td>KM14セラミック炉</td><td>炉は乾燥中に空気に接続されています</td></tr><tr><td>粉末ふるい</td><td>www.advantechmfg.com/</td> <td>270SS8F</td> エアロゾルの媒体として使用されるNI 5.0UH-3Kの超高純度窒素ガス www.praxairdirect.com、大きな<td>サイズからターゲットサイズまでふるいにかけるためには、メッシュ開口部の選択が必要です</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>。</td></tr><tr><td>空気呼吸品質</td><td>www.praxairdirect.com</td><td>AI BR-4KN</td><td>乾燥時に炉内使用</td></tr><tr><td>ラボ天秤</td><td>www.balances.com/</td> <td>ザルトリウス ED224S ラボ天秤</td> 粉末サファイアウェーハの<td>計量に使用</td></tr><tr><td></td><td>www.pmoptics.com/</td> <td>PWSP-313211</td><td></td></tr></tbody></table>

エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成

Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

エアロゾルデポジション法（AD）は、バルクの95％より大きい密度を有する厚さの数百マイクロメートルまでの層を生成することができる厚膜堆積プロセスです。 ADの主な利点は、堆積が完全に周囲温度で行われることです。これにより、異なる融解温度を有する材料系で膜成長を可能にします。このレポートでは、詳細に粉末の製造および特注のシステムを使用して広告を行うための処理手順を説明します。代表的な特徴付けの結果は、この系で成長した膜のための電子顕微鏡、プロフィロメトリー、強磁性共鳴の走査から提示されます。システムの能力の代表概要として、フォーカスが記載されたプロトコルとシステムのセットアップ、次の生成されたサンプルに与えられます。結果は、このシステムが正常に単一の5分間の蒸着R中嵩密度の&gt; 90％である11マイクロメートル厚のイットリウム鉄ガーネット膜を堆積することができることを示していますアン。膜中の改善された厚さと粗さのばらつきのために、エアロゾル及び粒子選択のより良好な制御を得るための方法の説明が提供されます。

堆積が完了した後、コーティングされた基板は、堆積チャンバから取り出し、光学立体顕微鏡を用いて検査されます。サンプルは、典型的には、ブラッシングや大気への再加圧の際に残った過剰の粉末を除去するために、イソプロパノールで洗浄しました。フィルムの特徴付けは、（のための基準20を参照して膜の磁気特性を評価するために、フィルムの厚さ、均一性、及び粗さ、及び強磁性共鳴を評価するために、フィルムの形態を評価するために、プロフィロメトリーを走査型電子顕微鏡を用いて、本明細書に提示の代表的な結果で行いました特性評価法に関する詳細）。本研究では3ミリメートル×3mmのサファイア基板は、上記のプロトコルやシステム設定を用いて塗布しました。堆積掃引は0.65ミリメートル/秒で膜を横切ってラスタに75 平方ミリメートルの総面積をカバーするように設定しました。 図4は、フィルムの表面のSEM像であります<html>個々の粒子（0.5ミクロン）の出発サイズよりはるかに小さい多数の小さい結晶粒を示します。これは、フィルムが非常に少ないボイドと多少ラフ、よく...

このレポートでは、室温でサファイア基板上にイットリウム鉄ガーネットの厚膜のエアロゾル堆積を実行するためのカスタム構築されたシステムの使用を記載しています。堆積膜は、技術の能力を表す概要を与えるために、走査型電子顕微鏡、プロフィロメトリー、及び強磁性共鳴を使用して特徴づけられます。

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

本実験の全体的な目的は、室温堆積技術を用いて、サファイア基板上に数ミクロン厚の緻密な多結晶アトリウム鉄ガーネット薄膜を堆積させることです。これは、まず準備した基板を装置のトップキャップに取り付けられたトランスレーションステージに固定し、次にトップキャップを堆積室に設置してモーターケーブルを接続し、続いて目的の凝集サイズを持つ粉末をエアロゾル室に導入する手順によって行われます。その後、エアロゾル室のトップキャップを装着し、ノズルを介して堆積室と接続します。次に、各室間に圧力勾配を形成し、エアロゾル室へのガスフローを開始します。これを振動プレートの動作と組み合わせることで、ノズルを通り堆積室へと導入されるエアロゾルを生成します。凝集体の堆積は、微結晶の破砕、変形、および融合によって進行し、その結果、基板上に厚く緻密な膜が形成されます。既存の手法に対するこの技術の主な利点は、製造上の観点から、基板や前駆体物質を加熱することなく、非常に厚く緻密な膜を作製できることです。エアロゾル堆積法は、比較的低真空の環境で実施できること、および非常に高い速度で堆積させることができるという利点もあります。本実験の核となるのは、エアロゾル堆積装置です。この装置の概略図に、主要な構成部品を示します。エアロゾル化する粉末をエアロゾルチャンバーに入れ、エアロゾルチャンバーと堆積チャンバーの間に圧力差を維持することで、流量制御されたキャリアガスをチャンバー内に注入します。ノズルを通じてエアロゾルの流れを作り、堆積チャンバー内のサンプルへの堆積を制御します。本ビデオではトランスレーションステージを使用するため、最初のステップとして、準備した基板をトランスレーションステージに取り付けます。トランスレーションステージはトップキャップアセンブリの一部です。まず、ステージの中央付近に両面銅テープを貼ります。次に、洗浄して乾燥させた基板を用意し、ステージ中央付近のテープの上に配置します。この6 mm × 6 mmのサファイア基板が配置されています。プロトコルの次のステップに進みます。続いて、ノギスを用いて、スプレーノズルの位置合わせに必要なデータを収集してください。取付ステージの一方の端から、ある一方向における最短端および最遠端までの距離を測定し、記録します。同様の測定を、それと垂直な方向でも行います。測定後、トランスレーションステージと試料を装着したトップキャップを堆積室へと搬送します。トップキャップをゆっくりと下ろし、トランスレーションステージと試料をチャンバー内に設置します。設置後、フランジをクランプで固定してトップキャップを密閉します。次に、トランスレーションモーターのコントローラーケーブルを接続します。次に、上部セクションを取り外した状態でここに見えているエアロゾルチャンバーの準備に移ります。篩いにかけて乾燥させた100から150 gのYIG（イットリウム鉄ガーネット）粉末を用意します。この粉末をエアロゾルチャンバーの底部セクション全体に分散させます。次へ。このセットアップでは、フィルター詰まり解消用アタッチメントを取り付けます。エアロゾルチャンバーの本体を用意し、底面セクションの上に下ろします。続いて、本体を底面セクションにクランプで固定します。次に、エアロゾル圧力計をサイドポートに取り付けます。続いて、ノズル入口セクションを用意し、クイックフィットクランプを使用してエアロゾルチャンバー本体のトップポートに固定します。準備が整ったら、ノズル入口チューブを堆積チャンバーの入口ポートまで上げます。上部と下部のフィッティングを固定して完了します。粗引きポンプをシステムの他の部分から分離し、圧力勾配の形成を開始します。その後、ポンプの電源を入れます。より制御された排気を確実に行うため、バイパスラインを開いて初期排気を行います。コンピュータで成膜室の照明を点灯させます。排気を継続しながら、圧力モニタリングおよびステージコントローラーのソフトウェアを設定します（この時点ではどちらも起動させないでください）。システム圧力を監視します。圧力が 150 to 200 tor に達したら、バイパスラインの排気速度を 1 tor/秒に調整します。圧力が 100 tor を下回った時点で、圧力監視およびステージコントローラソフトウェアを起動します。圧力が約1 torになったら、バイパスラインへのバルブを閉じます。続いて、メインポンプバルブを開きます。排気を継続しながら、堆積室へ移動し、トップキャップのクランプを締めてください。次のステップは、ブロワーポンプを起動し、超高純度窒素ガスシリンダーを開いて、コンピューター側にキャリアガスを供給することです。ステージコントローラーソフトウェアのグラフィカルインターフェースを使用して、ビューポートから見えるように基板を配置します。まず、基板をノズルの上に配置してください。設置後、基板をノズルに接触するまで下げます。次に、基板を垂直方向に7.5 millimeters移動させて所定の位置に配置します。主排気ラインを閉じ、リーク率が毎秒約3 millitorr未満であることを確認してください。次に、堆積室のバタフライバルブをプリセット値の500 TORに設定します。マスフローコントローラーの流量を設定しますが、電源は入れないでください。ファンクションジェネレーターをプログラムして攪拌機の振動周波数を設定し、電源を入れます。窒素ガスの流量を開始します。次に、コンピューターでステージコントローラーのマクロを開始するまで3秒間カウントダウンします。所望の一定の圧力差を維持するようにガスの流量を調整してください。この場合は約500 torに設定してください。ビューポートを使用して、堆積の状態を視覚的にモニタリングします。堆積終了時に、正確な処理時間を記録してください。窒素ガス、関数発生器、およびポンプの電源を切ります。堆積チャンバーを開きます。バタフライバルブの、堆積チャンバーへのバイパスバルブを完全に開きます。施設用窒素ガスレギュレーターをゼロに回し、ガスを堆積チャンバーへ導きます。施設用ガスの圧力をゆっくりと上げながら、メインポンプバルブを閉じます。コンピュータに戻り、ステージコントローラーソフトウェアを使用してノズルを原点復帰させ、その後プログラムを終了します。圧力が100 torを超えたら、圧力監視ソフトウェアを停止してください。システムが大気圧に達するまで、必要に応じてハウスガスを調整し続けてください。サンプルを回収するには、堆積室の上部からトランスレーションモーターのケーブルを取り外します。堆積チャンバーからトップキャップを取り外し、ワークベンチに移動させます。ベンチにて、サンプルにアクセスできるようトップキャップの向きを調整します。特性評価の準備のため、サンプルを取り外します。これはサファイア基板上のアトリウム鉄ガーネット膜の走査電子顕微鏡写真です。堆積スイープは0.65 millimeters per secondで移動し、75 square millimetersの領域をカバーしました。膜はいくぶん粗いものの、空隙が少なく十分に緻密化しています。膜の緻密な性質は、この膜の断面の走査電子顕微鏡写真からも見て取れます。サファイア基板上のメイン画像には、堆積中に形成された堆積後のサンプルの端が表示されています。これは膜を劈開した断面ではありません。挿入図は断面の拡大図である。一方の端に沿って膜の一部を除去することで、段差を作成した。黒色のデータは膜の段差高さを示している。赤線は、平均膜厚が約 11 micrometers であることを示しています。粗さは約 1.4 micrometers です。このプロットにおいて、ファラデー磁気共鳴吸収の微分データは黒色で、データに適合させたリアン微分線形フィットは赤色で示されています。データの信号位置と形状は、一般的なスペクトルに匹敵します。これは、他の方法で育成された多結晶アトリウム鉄ガーネットの結果と同様です。良好なLian Fitは、膜が均一であることを示唆しています。このビデオを視聴することで、エアロゾル堆積プロセスの仕組みと、本システムを用いたエアロゾル堆積の実施方法について十分に理解することができます。

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学ぶエアロゾルデポジション法による厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成技術。サファイア基板上に数マイクロンの緻密な膜を室温で成膜し、走査型電子顕微鏡と強磁性共鳴で特性を評価する方法です。

エアロゾルデポジション法を用いて厚い高密度イットリウム鉄ガーネット膜の形成

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