Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

Published: May 15, 2015 doi: 10.3791/52843
Automatic Translation
1, 2, 1, 1
1Power Electronics Branch, Naval Research Laboratory, 2Physics of Electronic Materials Branch, Naval Research Laboratory

Summary

דו"ח זה מתאר את השימוש במערכת שהותקן לבצע בתצהיר תרסיס של סרטים עבים של גארנט ברזל איטריום על גבי מצעי ספיר ב RT. הסרטים שהופקדו מאופיינים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים, profilometry, ותהודה פרומגנטיים לתת סקירת נציג של היכולות של הטכניקה.

Abstract

בתצהיר תרסיס (AD) הוא תהליך בתצהיר סרט עבה שיכול לייצר שכבות עד כמה מאה מיקרומטר עבה עם צפיפות גדולה יותר מ -95% מהכמות הגדולה. היתרון העיקרי של הספירה הוא שהתצהיר מתרחש כולו בטמפרטורת הסביבה; וכך לאפשר צמיחת סרט במערכות חומר עם טמפרטורות התכה שונות. דו"ח זה מתאר בפירוט את צעדי עיבוד להכנת האבקה ולביצוע הספירה באמצעות מערכת שהותקן. תוצאות אפיון נציג מוצגות ממיקרוסקופיית אלקטרונים, profilometry, ותהודה פרומגנטיים לסרטים גדלו במערכת זו. כנציג סקירת היכולות של המערכת, מוקד ניתן למדגם מיוצר הבאים הגדרת מערכת פרוטוקול ותאר. תוצאות מצביעות על כך שמערכת זו יכולה להפקיד בהצלחה 11 מיקרומטר סרטים עבים ברזל איטריום נופך ש> 90% מהצפיפות בצובר בr תצהיר 5 דקות בודדותהאו"ם. דיון בשיטות להרשות לעצמם שליטה טובה יותר בבחירת התרסיס וחלקיקים לעובי השתפר ווריאציות חספוס בסרט מסופק.

Introduction

בתצהיר תרסיס (AD) הוא תהליך בתצהיר סרט עבה שיכול לייצר שכבות עד כמה מאה מיקרומטר עבה עם צפיפות גדולה יותר מ -95% מהכמות הגדולה 1. הוא האמין תהליך ההדחה להתרחש בתהליך מתמשך של השפעה, שבר או עיוות, הידבקות, וציפוף של חלקיקים. איור 1 מתאר תהליך זה כסדרה של צעדים המראים השפעת חלקיקים וציפוף על פני כמה צעדים. כפי שניתן לראות, החלקיקים לנוע לכיוון המצע עם מהירות אופיינית של 100-500 מ '/ שנייה. כהשפעת חלקיקים הראשוניים עם המצע שהם שבר ולדבוק במצע. שכבת עיגון זה מספקת את ההידבקות המכנית בין המצע לבין הסרט בתפזורת. כהשפעות שלאחר מכן יתרחשו חלקיקי היסוד הם שבר יותר ויותר, דבק, וdensified נוסף. תהליך זה של השפעה מתמשכת, שבר, וציפוף עובד כדי לדחוס את הסרט הבסיסי ואג"ח crystallites ולהפיק סרט עם צפיפות להגיע יותר מ 95% של החומר בתפזורת.

איור 1
איור איור 1. של תהליך ההדחה. לוח מראה שלושה חלקיקים נעו לעבר המצע עם מהירות אופיינית של 100-500 מ '/ שנייה. הלוח ב 'מראה את התוצאה של השפעה, שבר, והידבקות של החלקיקים הראשונים. לוחות C ו- D להראות את ההשפעה הבאה של החלקיקים השני והשלישי, שקומפקטי נוספת סרט הבסיסי ואג"ח הגבישים. התוצאה היא סרט עם צפיפות גדולה יותר מ -95% מהחומר בתפזורת (לשכפל באישור מהעיון 19). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

היתרון העיקרי של הספירה הוא שdeposition מתרחש כולו בRT הסביבה; וכך לאפשר צמיחת סרט, למשל, של חומר-התכה בטמפרטורה גבוהה (אבקה מתחילה) על מצע-התכה בטמפרטורה נמוכה. השיעור בתצהיר יכול להיות עד כמה מיקרומטרים לדקה ומבוצע בתנאי ואקום מתונים של 1-20 Torr בתא בתצהיר. התהליך מציג את היכולת בהיקף של עד לאזורים בתצהיר גדולים מאוד ובסופו, הוא יכול להפקיד conformally. 2

יש הרבה מערכות חומר שנלמדו על ידי הספירה למגוון רחב של שימושים, כגון סלילים 3, ציפויי שחיקה עמידה 4, 5 piezoelectrics, multiferroics 6, 7 magnetoelectrics תרמיסטורים 8, סרטים ותרמית 9, חומרים דיאלקטריים גמישים 10, שתלי רקמות קשים וbioceramics 11 אלקטרוליטים, מוצקים 12, וphotocatalysts 13. עבור יישומים למכשירי מיקרוגל, סרטים מגנטיים של severaמאות l של מיקרומטרים בעובי נדרשים שיהיה באופן אידיאלי להיות משולבים ישירות לתוך אלמנטי המעגלים. אתגר אחד למימוש אינטגרציה זו הוא משטר הטמפרטורה גבוהה הנדרש לבודת סרטי פרית (ראה סקירה על ידי האריס et al. 14), כגון נופך ברזל איטריום (YIG). מסיבה זו הספירה נראית בחירה טבעית למימוש פוטנציאל התקדמות חדשה בטכנולוגית מעגל משולבת מגנטית. הפעולה בעלות נמוכה, שיעור בתצהיר גבוה, והפשטות של הספירה דרבנה ריבית על ידי חוקרים בגרמניה, צרפת, יפן, קוריאה, וכעת בארצות הברית.

איור 2 הוא ציור המתאר את ההתקנה הבסיסית לביצוע בתצהיר תרסיס. לחץ הוא פיקוח במקומות מסומן ע AC, DC P, ו- P H לתא התרסיס, קאמרי בתצהיר, וראש המשאבה, בהתאמה. זרימת הגז, הנשלטת על ידי הזרימה ההמונית בקר (MFC), נכנסה לתרסיסקאמרי וaerosolizes האבקה. קאמרי בתצהיר נשאב ליצור הבדל הלחץ בין שני התאים, גורם לזרימה של חלקיקים באמצעות מלבני פתיחת נחיר (0.4 מ"מ x 4.8 מ"מ).

איור 2
איור 2. רכיבים עיקריים במערכת NRL ADM. לחץ הוא פיקוח במקומות מסומן ע AC, DC P, ו- P H לתא התרסיס, קאמרי בתצהיר, וראש המשאבה, בהתאמה. ראה טקסט לפרטים. (זכויות יוצרים (2014) חברת יפן של פיסיקה יישומית, לשכפל מהעיון 20). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגודל הממוצע של חלקיקי YIG פרט בעבודה זו הוא 0.5 מיקרומטר. ההשפעה של מסכת גורמת אלהחלקיקים קטנים כדי ליצור agglomerates הגדול הרבה יותר שנעים בגודל כ -10 מיקרומטר לכ -400 מיקרומטר. שליטה בשיעור הגודל ומשלוח צבירה היא חיונית להשגת סרט בנוי היטב צפוף. זה מחייב תצורה של תא תרסיס המאפשר בחירת גודל ושטף חלקיקים אחיד לתוך התא בתצהיר. האבקה היא מראש הסתנן כדי להסיר כל agglomerates גדול יותר מ -53 מיקרומטר לפני נטען לתוך תא התרסיס. תצורת תא תרסיס המשמשת בעבודה זו מתוארת באיור 3. גז חנקן נכנס דרך ארבעה חרירי כניסה (שני מוצגים באיור 3) ממוקמים בצדדים התחתון של החדר. גז אינטראקציה עם אבקת YIG (מוצגת בירוק) לייצר תרסיס המורכב מהפצה של חלקיקים מגובבים גדלים פחות מ -53 מיקרומטר. תועמלן בבסיס תא התרסיס עשוי צלחת נירוסטה רטט ללא הרף כדי לשמור על האבקה עובר לזרימת הגז. Agglomerates להשפיע מסנן 45 מיקרומטר, המאפשר agglomerates רק בגודל פחות מ -45 מיקרומטר להיכנס לכניסת הזרבובית. עם כניסתו לנחיר מפרצון agglomerates מואץ למהירות גדולה ונפלט לתוך התא בתצהיר (לא מוצג) כדי לבצע את התצהיר. מוט פלדת אל-חלד המחבר את החלק התחתון של המסנן לבסיס של התועמלן (לא מוצג) כדי לסייע בסינון סתימה-דה.

איור 3
איור 3. איור של תצורת תא תרסיס הפנימית, עם מסנן, חרירי כניסה, ואבקת YIG לראות. ראה טקסט לפרטים.

דו"ח זה מפרט את ההליך ניסיוני לבצע הספירה באמצעות מערכת שהותקן שתוארה לעיל כדי לייצר סרטים צפופים של YIG. תוצאות נציג לסרט עבה 11 מיקרומטר מיוצר בשיטה זו מוצגות באמצעות scanninמיקרוסקופ אלקטרונים גרם (SEM), פרופילי עובי, ותהודה פרומגנטיים (FMR). התוצאות שהוצגו אינן מיועדות להיות לימוד מעמיק של התכונות מגנטיות או מבנה חומר של הסרט, אלא כהפגנה של הסרטים שהופקו על ידי טכניקה זו. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. אבקת הכנה

  1. מסננת אבקה כ- קיבלה איטריום ברזל גארנט (YIG) כדי לקבל 100-150 גרם של agglomerates בגודל פחות מ -53 מיקרומטר.
  2. מניחים את האבקה הסתנן לתוך כבשן להתייבש במשך לפחות 24 שעות בטמפרטורה גבוהה מ -300 מעלות צלזיוס.

2. הכנת תשתית

  1. נקה מצע של גודל רצוי, למשל, 3 מ"מ x 3 מ"מ באמצעות אצטון אז isopropanol. ייבש באמצעות גז חנקן.

3. ביצוע תרסיס הפקדת

  1. הר המדגם לשלב ההרכבה התרגום.
    1. מניחים קלטת דו צדדי נחושת לשלב ההרכבה. מניחים את המצע ניקה על גבי קלטת הנחושת.
    2. מדוד את המרחק מקצה הבמה ההרכבה לכל קצה של המדגם. רשום את עמדת ממדים ומדגם בגיליון היסטורית מדגם.
    3. בדוק שהשלב ההרכבה מיושר מקביל עם הגוף של moto התרגוםr על ידי מדידת המרחק מקצה הבמה ההרכבה לקצה של גוף המנוע עם מחוגה. טען את המדגם לתוך התא בתצהיר.
    4. הצמד את האוגן לאטום את התא בתצהיר. צרף את 3 כבלי בקר D-sub 15 פינים למנועי התרגום.
  2. טען את האבקה ולסגור את תא התרסיס.
    1. הסר את האבקה מיובשת מהתנור ומניח אותו בחלק התחתון קאמרי תרסיס. חלק את הקובץ המצורף מוט דה-סתימת מסנן על מוט סתימה-דה המסנן.
    2. הנח את הגוף העיקרי של תא התרסיס על החלק התחתון קאמרי תרסיס. לאפשר את קובץ מצורף מוט סתימה-דה המסנן לנוח על צלחת התסיסה כגוף העיקרי הוא להיות מחובר לחלק התחתון.
    3. הצמד את הגוף העיקרי לחלק התחתון. צרף את מד לחץ קאמרי תרסיס לנמל הצד על הגוף העיקרי של החדר בתרסיס.
    4. הצמד את סעיף כניסת זרבובית ליציאה העליונה על o הגוף העיקריתו תא התרסיס באמצעות מהדק QF. להעלות את צינור כניסת זרבובית לנמל הכניסה בתא בתצהיר ולהבטיח את ההתאמה העליונה והתחתונה.
    5. רשום את מספרי זיהוי אבקה ותא תרסיס בגיליון היסטורית מדגם.
  3. הפעל את משאבת roughing עם זה מבודד משאר המערכת. הפעל את מנורת תאורת חדר בתצהיר. פתח את שסתום ההתכווצות בעוקף הקו כדי להתחיל את המשאבה למטה של ​​המערכת כולה.
  4. התקנת תוכנת ניטור לחץ עם זיהוי הריצה בתצהיר.
  5. הפעל את יוצר מאקרו בקר שלב על ידי ההקלדה "pitrans 'בחלון מסוף שורת הפקודה והזן את המידע המבוקש. צור גיליון חדש בגיליון האלקטרוני יומן הריצה ולהקליט את הפרמטרים בתצהיר והערות התקנה.
  6. לאחר הגיעה ללחץ במערכת על 150-200 Torr, מעט לפתוח את שסתום unconstricted. לשמור על שיעור משאבה למטה של ​​כ 1 Torr / sec. ברגע שהלחץ דואר ירד מתחת 100 Torr להפעיל את תוכנת ניטור לחץ ותוכנת בקר מנוע שלב תרגום.
  7. ברגע שהגיע ללחץ במערכת על 1 Torr לסגור את כל שלושה שסתומים לעוקף קו ולפתוח את שסתום השאיבה המרכזי. הדק את המהדק למכסה העליון על החדר בתצהיר.
  8. הפעל את מפוח המשאבה. פתח את הצילינדר גבוה במיוחד טוהר (UHP) גז חנקן. לפקח על הלחץ ולהקליט את לחץ הבסיס של המערכת (בדרך כלל זה מגיע 15-25 mTorr).
  9. הגדר את המרחק בין הנחיר והמצע. השתמש בחלון ממשק המשתמש גרפי תוכנת בקר במה כדי להעביר את המצע רכוב על הזרבובית. מנמיכים את המצע עד אנשי קשר זה הזרבובית. הזז את המצע 7.5 מ"מ בכיוון האנכי מתפקיד זה.
  10. סגור את קו השאיבה הראשי ולפקח על קצב הדליפה של המערכת על תוכנת ניטור לחץ. שים לב לקצב הדליפה הראשוני על סגירת השסתום. אם לאה זושיעור k הוא פחות מ 3.33 mTorr / sec להמשיך, אחרת תתחיל בדיקת דליפות. שיעור דליפה טיפוסי הוא פחות מ -1.2 mTorr / sec.
  11. הגדר את שסתום הפרפר קאמרי בתצהיר לערך הקבוע מראש 500 Torr. הגדר את ערך בקר הזרימה ההמונית ל13.63 ליטר / דקה (לא להפעיל אותו).
  12. הזז את שלב ההרכבה למצב ההתחלתי לתצהיר. טען את מאקרו יצר בשלב 3.7 לתוכנת בקר.
  13. לתכנת את הגנרטור הפונקציה לטאטא ליניארי בין 135 ו -145 הרץ כל 10 שניות. הפעל את מחולל הפונקציה על. הפעל את זרימת גז חנקן ב. לאחר ספירה לאחור 3 שניות להתחיל מאקרו בקר שלב.
  14. צג בתצהיר ולהתאים קצב זרימת גז כנדרש כדי לשמור על הבדל לחץ על 500 ± 0.5 Torr (או כרצוי לטווח) למשך התצהיר.
    הערה: הלחץ בתא בתצהיר הוא בדרך כלל 0.65 Torr והלחץ בתא בתצהיר הוא בדרך כלל 501 Torr. וריאציות בלתי נשלטותבלחץ בדרך כלל מצביע על כך שחנקן UHP הולך ואוזל. ירידה קלה בלחץ (1-2 Torr) על משך הריצה היא אופיינית. זה ניתן לתיקון על ידי הגברת זרימת גז השיעור. במהלך הראשוני עובר סרט גלוי צריך טופס על המצע, חוסר היווצרות סרט מרמז aerosolization מספק של האבקה ו / או סתימת מסנן משמעותית.
  15. בסוף תצהיר לב זמן ריצה בתצהיר המדויק. לכבות את גז החנקן, גנרטור הפונקציה, ומשאבות. פתח את שסתום הפרפר קאמרי בתצהיר לחלוטין.
  16. פתח את המעקף ממוקם בצד של החדר בתצהיר שסתום. הפעל רגולטור גז חנקן הבית לאפס ולהפנות אותו לתא בתצהיר. סגור את שסתום השאיבה העיקרי תוך הגדלת לחץ רגולטור גז הבית לאט.
  17. בית הזרבובית לX = 25 מ"מ, Y = 25 מ"מ, ו- Z = 25 מ"מ, לאחר מכן סגור את תוכנת בקר שלב.
  18. ברגע שהלחץ במערכת עלהמעל 100 Torr לעצור את תוכנת ניטור לחץ. רשום את גז החנקן הכללי בשימוש וזמן כדי להשלים את התצהיר. התאם את לחץ הגז בבית צריך, עד שהמערכת מגיעה אווירה.
  19. נתק את כבלי 3 בקר 15 פיני D-sub במה וunclamp את המכסה העליון. הסר את המכסה העליון מהתא בתצהיר ולבטל את טעינת המדגם.

4. לאחר בתצהיר פיקוח

  1. הסר את מדגם משלב ההרכבה ולבדוק אותו תחת מיקרוסקופ. אם יש צורך, לשטוף את המדגם בisopropanol להסיר אבקה רופפת. בצע את האפיונים המתוכננים של הסרט.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

לאחר בתצהיר הוא מלא, מצעים מצופים יוסרו מהתא בתצהיר ולהיבדק באמצעות מיקרוסקופ אופטי סטריאו. דוגמאות בדרך כלל מוברשות ורחצו עם isopropanol כדי להסיר עודפי אבקה שנותרה במהלך מחדש על לחץ לאווירה. אפיון סרט בוצע על תוצאות הנציג המוצגות כאן באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים להעריך את המורפולוגיה של הסרט, profilometry להעריך את עובי סרט, אחידות, וחספוס, ותהודה פרומגנטיים להעריך את התכונות מגנטיות של הסרט (ראה סימוכין 20 ל פרטים נוספים על שיטות האפיון). במחקר זה, x 3 מ"מ מצע ספיר 3 מ"מ מצופה באמצעות הפרוטוקול לעיל והגדרת מערכת. לטאטא התצהיר נקבע לסריקה על פני הסרט ב0.65 מ"מ / sec ומשתרע על שטח כולל של 75 מ"מ 2.

איור 4 הוא תמונת SEM של המשטח העליון של הסרט מראה גרגרים קטנים רבים שהם הרבה יותר קטנים מהגודל ההתחלתי של החלקיקים הבודדים (0.5 מיקרומטר). זה ניכר מהתמונה שהסרט יצר משטח מעט מחוספס, דחוס היטב עם מעט מאוד חללים. לסרטים של תוצאות דומות שהוצגו כאן יש לנו למדוד את הצפיפות לבין 90% -96% מהצפיפות התיאורטית לYIG (5.17 גר '/ סנטימטר 3). צפה בחתך של הסרט שמוצג באיור 5 תומך גם בטבע הצפוף של הסרט. התמונה העיקרית באיור 5 מראה את הקצה של המדגם כהופקד כנוצרה במהלך בתצהיר, כלומר, זה לא קטע ביקע של הסרט. הבלעה מראה תצוגה מוגדלת של החתך של הסרט המציין את האופי הצפוף של הסרט. יש לנו גם ביצעתי עקיפת רנטגן בסרטים כמו-שהופקדו ומתחילים אבקה ומצאו כי המבנה הגבישי אינו משתנה על תצהיר (מידע לא מוצג; ראה גם הערות 3 ו -20).

jove_content "> איור 6 הוא עלילה של גובה הצעד של הסרט. השטח הכולל של המדגם הוא 3 מ"מ x 3 מ"מ (הכולל האזור בתצהיר היה 75 מ"מ 2). הצעד נוצר על ידי הסרת חלק מהסרט לאורך קצה אחד של המצע. הקו האדום שכיסה את הנתונים מצביע על עובי סרט הממוצע של 10.93 מיקרומטר ידי ממוצעי שלוש סריקות פרופיל פני הסרט. q R חספוס rms = 1.37 מיקרומטר. הזמן בתצהיר כדי ליצור את הסרט הזה היה 337 שניות, וכתוצאה מכך שיעור בתצהיר של 1.95 מיקרומטר / דקה.

איור 7 הוא עלילה של נגזר קליטת FMR נלקח ב RT: הנתונים המוצגים בשחור. כושר lineshape נגזר של לורנץ לנתוני מוצג באדום. Linewidth של הנתונים הוא 330 Oe ותחום התהודה הוא 2,810 OE. מיקום האות ובצורה דומה לספקטרום אופייני לYIG polycrystalline גדל בשיטות אחרות, למשל, בתצהיר לייזר פעם או גמגום magnetron RF ing 15,16. Lineshape הלורנצית נותן בכושר טוב לנתונים המצביעים על סרט אחיד 17,18.

איור 4
איור 4. תמונת SEM של המשטח העליון של הפוסט-תצהיר סרט. התמונה מראה סרט עם דגנים רבים כי הם בצפיפות דחוסה וקטנים בהרבה מגודל חלקיקי התחלה הבודד 0.5 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של זה דמות.

איור 5
איור 5. תמונת SEM של החתך של הסרט על מצע הספיר. הבלעה היא תצוגה מוגדלת של החתך של הסרט."Target =" _ ghres.jpg blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6
איור 6. פרופיל נציג צעד של הסרט באיור 4 ואיור 6 מראה את השינוי בעובי 2.25 מ"מ לרוחב של האורך הכולל של 3 מ"מ המדגם. העובי הממוצע של 10.93 מיקרומטר מוצג כקו האדום שכיסה את הנתונים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
עקומה נגזרת 7. תהודת פרומגנטית דמותו של הסרט צולם בRT. הספקטרום הוא גם בכושר על ידי פונקציה הלורנצית המציין סרט הומוגני אחיד. Linewidה היא 330 OE. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תמונת SEM באיור 4 עולה כי שבר וציפוף משמעותיים מתרחשים במהלך תהליך ההדחה. התמונה נלקחה מהמשטח העליון של הסרט, אשר מציג מספר קטן של חללים ודגנים. האזור הנצפה הוא האחרון של החומר שיופקד ולכן אינו נהנה מתהליך ההשפעה והציפוף נוסף של החלקיקים הבאים כפי שמודגם על ידי השפעה מהחלקיקים 2 ו -3 באיור 1. צפיפות הסרט בתוך הנפח של המדגם יכול ניתן לראות על ידי תמונת החתך באיור 5. תמונה זו, יחד עם הבלעה ההגדלה גבוהה יותר של החתך, מספק עדות נוספת לסרט צפוף.

החספוס ראה בתמונה SEM גם אישר כמותית בסריקות הפרופיל. החספוס של סרטים אלה עשויים להיות בשל השיעור הגבוה של תצהיר (1.95 מיקרומטר / min). ייתכן שהסרטים שנוצרו יותרלאט יאפשר חלקיקים לבר מלא ולדבוק לפני חלקיקים נוספים מגיעים, אבל העלייה בחספוס סרט יכולה להיות גם ביסוד הקשורים לעלייה בעובי שכבה 21. הירידה בעובי רוחב הסרט מצביעה על כך שזרימת החלקיקים לתוך התא בתצהיר אינה קבועה במהלך כל התצהיר. סיבות אפשריות יכולות לנבוע מאובדן של אבקה בתרסיס, בצעדים כבדים של האבקה בבסיס תא התרסיס, ו / או סתימת מסנן. באופן מלא ייבוש וסינון האבקות ושינוי תא התרסיס שלמוצג באיור 3 אסטרטגיות התחייבו לשפר ולשלוט בקצב בתצהיר ואחידות סרט.

ספקטרום FMR למדגם זה מצביע על כך שיש לו את סרט YIG שדה תהודה וlineshape שאופייני לסרטי YIG polycrystalline גדלו בטכניקות אחרות. Linewidth של הסרט שהופקד לספירה הוא קצת רחב יותר מאשר polycrystalline דיווח אחרסרטים בכ 100-200 Oe 16. זה כנראה עקב איפור ננו-גבישים של הסרט. שים לב שיש לי סרטי YIG חד-גביש linewidth FMR טיפוסי של פחות מ 1 Oe אפילו לעובי דומה 22. מאז הסרט הזה הוא מודל היטב על ידי lineshape הלורנצית אפשר להסיק שהסרט הוא אחיד וחופשי מinhomogeneities. במקרה זה, הרחבת linewidth ניתן לייחס לתהליכי הרפיה פנימיים כגון ריסון גילברט ו / או 2-מניון פיזור 18. פרופיל העובי המשופע באיור 6 הוא עדות לכך שהשיעור בתצהיר אינו קבוע לאורך כל התהליך, ולכן, הסרט אינו צפוי להיות חופשי לגמרי מinhomogeneities. מחקר מעמיק יותר צריכה להתבצע לסבך באופן מלא מנגנונים אלה (ראו גם דיון באסמכתא. 3), וכן, עידון טוב יותר של המערכת לספירה הנוכחית. הסיבה הסבירה ביותר של הכיסוי לא האחיד היא שהתרסיס generated בתא התרסיס עשוי להיות מדולדל ו / או המסנן נסתם. שתי תופעות אלה עלולים לגרום את כמות האבקה שנכנסה לחדר בתצהיר לצמצם ובכך לגרום לשיעור בתצהיר נמוך יותר.

התוצאות שהוצגו לעיל עולות בתצהיר מוצלח של כמעט 11 מיקרומטר סרט עבה בקצב בתצהיר של כמעט 2 מיקרומטר / min (לאזור 75 מ"מ 2) שימוש במערכת לספירה ופרוטוקול מובא כאן. הסרט מורכב מדגני צפיפות דחוסים וכיוון אקראי שהם הרבה יותר קטנים מאשר החלקיקים מתחילים בשל מנגנוני השפעה, שבר וציפוף המעורבים בתהליך זה. הסרט מראה שדה צורת linewidth ותהודה דומה FMR לסרטי YIG דיווחו 15-17. יש צורך בעבודה נוסף כדי לשלוט טוב יותר את זרימת agglomerates לתוך התא בתצהיר כדי להבטיח צמיחת סרט אחידה יותר.

העבודה נוכחית היא דרך לשפר את קון נוסףsistency של תהליך ההדחה. פרוטוקולי ייבוש וסינון נוספים נמצאים בפיתוח על מנת להבטיח שיש לו את האבקה אותה העקביות במהלך כל ריצה. עיצובים הם גם יצאו לדרך כדי ליצור מערכת סינון משופרת עם פחות סתימה. עיצוב מחדש של כניסת הזרבובית גם יסייע במניעת אבקת תגליתנו מראה מאיסוף בתוך צוואר הנחיר. מחקרים נוספים בעומק של התכונות מגנטיות ומבניות הם גם יצאו לדרך. כמה מחקרים הנוכחיים כוללים, בניית סרטי שכבה אחר שכבה כדי להבין טוב יותר שינויים בתכונות מגנטיות של הסרטים האלה נוצרו על ידי תצהיר תרסיס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

יש המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

SDJ מכיר את התמיכה של האגודה האמריקנית להנדסת חינוך / NRL דוקטורים תכנית מלגות, דיונים עם קונרד Bussmann (NRL) וMingzhong וו (אוניברסיטת מדינת קולורדו) על התכונות מגנטיות של חומרים, ורון הולם (NRL) לחלקו בהכרת תודה התכנון והיישום של המערכת לספירת NRL.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ferromagnetic Resonance Spectrometer www.bruker.com/ 9.5 GHz Spectrometer
Scanning Electron Microscope www.zeiss.com LEO Supra 55
Profilometer www.kla-tencor.com/ D-120
Stereo Microscope www.microscopes.com Omano Stereo Microscope Used for inspection directly after removal from deposition chamber
Double-sided Copper Tape www.2spi.com 05085A-AB hold-down clips or other adhesives may be used
Nitrile Exam Gloves www.fishersci.com 19-130-1597D
2-propanol www.fishersci.com A451SK-4
Acetone www.fishersci.com A11-1
Yttrium Iron Garnet Powder www.trans-techinc.com/ Call for Product Information Powder is custom made to order and ground to specifications
Stainless Steel Spoon www.fishersci.com 14-429E Used for scooping and transferring powder
Alumina Boats www.coorstek.com/ 65580
Drying Furnace www.paragonweb.com KM14 ceramic furnace Furnace is connected to air during drying
Powder Sieves www.advantechmfg.com/ 270SS8F A selection of mesh openings are needed to sieve from large down to target size
Ultra High Purity Nitrogen Gas www.praxairdirect.com NI 5.0UH-3K Used as medium for aerosol.
Air Breathing Quality www.praxairdirect.com AI BR-4KN Used inside furnace during drying
Lab Balance www.balances.com/ Sartorius ED224S Lab Balance Used for weighing powder
Sapphire Wafers www.pmoptics.com/ PWSP-313211

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Akedo, J. Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices. J. of Therm. Spray tech. 17, 181 (2008).
  2. Hahn, B. D., Park, D. -S., Choi, J. -J., Ryu, J. Osteoconductive hydroxyapatite coated PEEK for spinal fusion surgery. Appl. Surf. Sci. 283, 6-11 (2013).
  3. Johnson, S. D., et al. Aerosol Deposition of Yttrium Iron Garnet for Fabrication of Ferrite-Integrated On-Chip Inductors. IEEE Trans. on Magnetics. 51 (05), (2015).
  4. Johnson, S. D., Kub, F. J., Eddy, C. R. ZnS/Diamond Composite Coatings for Infrared Transmission Applications Formed by the Aerosol Deposition Method. Proceedings of SPIE. 8708, 87080T-87081T (2013).
  5. Han, G., Ryu, J., Yoon, W. -H., Choi, J. -J. Effect of electrode and substrate on the fatigue behavior of PZT thick. Ceram. Int. 38 (1), S241-S244 (2012).
  6. Ryu, J., Baek, C. -W., Lee, Y. -S., Oh, N. -K. Enhancement of Multiferroic Properties in BiFeO3-Ba(Cu1/3Nb2/3)O-3. Film. J. Am. Ceram. Soc. 94 (2), 355-358 (2011).
  7. Park, C. -S., Ryu, J., Choi, J. -J., Park, D. -S. Giant Magnetoelectric Coefficient in 3-2 Nanocomposite Thick Films. Jpn. J. Appl. Phys. 48 (8), 1 (2009).
  8. Ryu, J., Park, D. -S., Schmidt, R. In-plane impedance spectroscopy in aerosol deposited NiMn2O4 negative. J. Appl. Phys. 109 (11), 112722 (2011).
  9. Yoon, W. -H., Ryu, J., Choi, J. -J., Hahn, B. -D. Enhanced Thermoelectric Properties of Textured Ca3Co4O9 Thick Film by Aerosol Deposition. J. Am. Ceram. Soc. 93 (8), 2125-2127 (2010).
  10. Ryu, J., Kim, K. -Y., Choi, J. -J., Hahn, B. -D. Flexible Dielectric Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 Thin Films on a Cu-Polyimide Foil. J. Am. Ceram. Soc. 92 (2), 524-527 (2009).
  11. Hahn, B. -D., Lee, J. -M., Park, D. -S., Choi, J. -J. Mechanical and in vitro biological performances of hydroxyapatite-carbon. Acta Biomater. 8 (8), 3205-3214 (2009).
  12. Choi, J. -J., Cho, K. -S., Choi, J. -H., Ryu, J. Effects of annealing temperature on solid oxide fuel cells containing (La,Sr) (Ga,Mg,Co)O3-δ electrolyte prepared by aerosol deposition. Mater. Lett. 70, 44-47 (2012).
  13. Ryu, J., Hahn, B. -D. Porous Photocatalytic TiO2 Thin Films by Aerosol Deposition. J. Am. Ceram. Soc. 93 (1), 55-58 (2010).
  14. Harris, V. G., et al. Recent advances in processing and applications of microwave ferrites. J. of Magn. and Magn. Mat. 321, 2035 (2009).
  15. Kang, Y. -M., Ulyanov, A. N., Yoo, S. -I. FMR linewidths of YIG films fabricated by ex situ post-annealing of amorphous films deposited by rf magnetron sputtering. Phys. Stat. Sol. (a). 204 (3), 763-767 (2007).
  16. Popova, E., et al. Perpendicular magnetic anisotropy in ultrathin yttrium iron garnet films prepared by pulsed laser deposition technique). J. of Vac. Sci. Techn. A. 19 (5), 2567-2570 (2001).
  17. Sun, Y., et al. Growth and ferromagnetic resonance properties of nanometer-thick yttrium. Appl. Phys. Lett. 101 (15), 082405 (2012).
  18. Kalarickal, S. S., Krivosik, P., Das, J., Kim, K. S., Patton, C. E. Microwave damping in polycrystalline Fe-Ti-N films: Physical mechanisms and correlations with composition and structure. Phys. Rev. B. 77, 054427 (2008).
  19. Johnson, S. D. Advances in Ferrite-Integrated On-Chip Inductors Using Aerosol Deposition. Magnetics Business & Technology Magazine. 10, (2014).
  20. Johnson, S. D., Glaser, E. R., Cheng, S. -F., Kub, F., Eddy Jr,, R, C. Characterization of As-Deposited and Sintered Yttrium Iron Garnet Thick Films Formed by Aerosol. Appl. Phys. Express. 7, 035501 (2014).
  21. Lee, D. -W., Nam, S. -M. Factors Affecting Surface Roughness of Al2O3 Films Deposited on Cu Substrates by an Aerosol Deposition Method. J. of Ceramic Proc. Research. 11, 100 (2010).
  22. Glass, H. L., Elliott, M. T. Attainment of the Intrinsic FMR Linewidth in Yttrium Iron Garnet Films Grown by Liquid Phase Epitaxy.J. Cryst. Growth. 34, 285 (1976).

Tags

חומרי תדר רדיו הנדסה גיליון 99 בתצהיר תרסיס גארנט ברזל איטריום חומרי מיקרוגל, סרט עבה תהודה פרומגנטיים ציפוי תרסיס קר טמפרטורת חדר קרמיקה חומרים רב תכליתיים פריט תחמוצות
היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, S. D., Glaser, E. R., Kub,… More

Johnson, S. D., Glaser, E. R., Kub, F. J., Eddy, Jr., C. R. Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition. J. Vis. Exp. (99), e52843, doi:10.3791/52843 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter