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Engineering

एयरोसोल बयान का प्रयोग मोटी घने Yttrium आयरन गार्नेट फिल्म्स का गठन

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

इस रिपोर्ट आरटी पर नीलमणि substrates पर yttrium लोहा गार्नेट की मोटी फिल्मों की एयरोसोल बयान प्रदर्शन करने के लिए एक कस्टम निर्मित प्रणाली के उपयोग का वर्णन करता है। फिल्मों जमा तकनीक की क्षमताओं का एक प्रतिनिधि सिंहावलोकन देने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, profilometry, और लौह-चुंबकीय अनुनाद का उपयोग कर विशेषता है।

Abstract

एयरोसोल बयान (एडी) थोक के 95% से अधिक घनत्व के साथ मोटी कई सौ माइक्रोमीटर के लिए ऊपर परतों उत्पादन कर सकते हैं कि एक मोटी फिल्म बयान प्रक्रिया है। ई का प्राथमिक लाभ बयान परिवेश के तापमान पर पूरी तरह से जगह लेता है; जिससे असमान पिघलने तापमान के साथ सामग्री प्रणालियों में फिल्म विकास को सक्षम करने। इस रिपोर्ट में यह पाउडर तैयार करने के लिए और कस्टम निर्मित प्रणाली का उपयोग करके विज्ञापन के प्रदर्शन के लिए विस्तार से प्रसंस्करण कदम का वर्णन है। प्रतिनिधि लक्षण वर्णन परिणाम इस प्रणाली में उगाई जाने वाली फिल्मों के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, profilometry, और लौह-चुंबकीय अनुनाद स्कैनिंग से प्रस्तुत कर रहे हैं। प्रणाली की क्षमताओं का एक प्रतिनिधि सिंहावलोकन के रूप में, ध्यान वर्णित प्रोटोकॉल और प्रणाली सेटअप पालन का उत्पादन एक नमूना करने के लिए दिया जाता है। परिणाम इस प्रणाली को सफलतापूर्वक एक भी 5 मिनट के बयान आर के दौरान कर रहे हैं कि 11 माइक्रोन मोटी अट्रियम लोहा गार्नेट फिल्मों> थोक घनत्व का 90% जमा कर सकते हैं संकेत मिलता है किसंयुक्त राष्ट्र। सुधार हुआ मोटाई और फिल्म में खुरदरापन विविधताओं के लिए एयरोसोल और कण चयन के बेहतर नियंत्रण को वहन करने के तरीकों में से एक चर्चा प्रदान की जाती है।

Introduction

एयरोसोल बयान (एडी) थोक 1 के 95% से अधिक घनत्व के साथ मोटी कई सौ माइक्रोमीटर के लिए ऊपर परतों उत्पादन कर सकते हैं कि एक मोटी फिल्म बयान प्रक्रिया है। बयान प्रक्रिया प्रभाव, अस्थिभंग या विरूपण, आसंजन, और कणों के densification की एक निरंतर प्रक्रिया के माध्यम से हो रहा है। 1 कई कदमों पर कण प्रभाव और densification दिखा कदम की एक श्रृंखला के रूप में इस प्रक्रिया को दर्शाया गया है चित्रा। दिखाया गया है, कणों 100-500 मीटर / सेकंड की एक ठेठ वेग के साथ सब्सट्रेट की ओर ले जाएँ। सब्सट्रेट के साथ प्रारंभिक कणों प्रभाव के रूप में वे फ्रैक्चर और सब्सट्रेट का पालन करें। यह एंकरिंग परत सब्सट्रेट और थोक फिल्म के बीच यांत्रिक आसंजन प्रदान करता है। बाद के प्रभावों होते अंतर्निहित कणों पालन, तेजी से खंडित है, और आगे densified हैं। नित्य प्रभाव, फ्रैक्चर, और densification की यह प्रक्रिया अंतर्निहित फिल्म कॉम्पैक्ट और crys बांड के लिए काम करता हैtallites थोक माल की अधिक से अधिक से अधिक 95% तक पहुँचने एक घनत्व के साथ एक फिल्म का निर्माण और।

चित्र 1
बयान प्रक्रिया की चित्रा 1. चित्रण। पैनल 100-500 मीटर / सेकंड की एक ठेठ वेग के साथ सब्सट्रेट की ओर बढ़ तीन कणों से पता चलता है। पैनल बी पहली कण के प्रभाव, फ्रैक्चर, और आसंजन के परिणाम से पता चलता है। पैनलों सी और डी के दूसरे और तीसरे कणों के बाद के प्रभाव, जो आगे कॉम्पैक्ट अंतर्निहित फिल्म दिखाने के लिए और crystallites बांड। परिणाम (संदर्भ में 19 से अनुमति के साथ reproduced) थोक माल की 95% से अधिक घनत्व के साथ एक फिल्म है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

ई का प्राथमिक लाभ यह है कि depos हैition परिवेश आरटी पर पूरी तरह से जगह लेता है; जिससे एक कम पिघलने तापमान सब्सट्रेट पर एक उच्च पिघलने तापमान सामग्री (शुरू पाउडर), उदाहरण के लिए, फिल्म विकास को सक्षम करने। जमा दर प्रति मिनट कई माइक्रोमीटर अप करने के लिए किया जा सकता है और बयान कक्ष में 1-20 Torr के उदारवादी निर्वात की स्थिति में किया जाता है। प्रक्रिया बहुत बड़ी बयान क्षेत्रों तक पैमाने पर करने के लिए और अंत में, यह conformally जमा कर सकते हैं की क्षमता को दर्शाता है। 2

ऐसे inductors के 3, घर्षण प्रतिरोधी कोटिंग्स 4, piezoelectrics 5, multiferroics 6, magnetoelectrics 7 thermistors 8, thermoelectric फिल्मों 9, लचीला dielectrics के 10, हार्ड ऊतक प्रत्यारोपण और Bioceramics के रूप में उपयोग करता है की एक विस्तृत विविधता के लिए विज्ञापन द्वारा अध्ययन किया कई सामग्री प्रणालियों रहे हैं, 11, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स 12, photocatalysts और 13। माइक्रोवेव उपकरणों के लिए आवेदन, severa के चुंबकीय फिल्मों के लिएमोटाई में माइक्रोमीटर के एल सैकड़ों आदर्श रूप से सर्किट बोर्ड तत्वों में सीधे एकीकृत किया जाएगा कि आवश्यक हैं। इस एकीकरण को साकार करने के लिए एक चुनौती फेराइट फिल्मों fabricating के लिए आवश्यक उच्च तापमान शासन है ऐसे अट्रियम लोहा गार्नेट (YIG) के रूप में, (हैरिस एट अल। 14 द्वारा समीक्षा देखें)। इस कारण के लिए विज्ञापन चुंबकीय एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में संभावित नई प्रगति को साकार करने के लिए एक स्वाभाविक पसंद प्रतीत होता है। ई की कम कीमत में आपरेशन, उच्च जमा दर, और सादगी संयुक्त राज्य अमेरिका में अब जर्मनी, फ्रांस, जापान, कोरिया में अनुसंधानकर्ताओं द्वारा ब्याज प्रेरित है, और किया गया है।

चित्रा 2 एयरोसोल बयान प्रदर्शन करने के लिए बुनियादी सेटअप रूपरेखा एक ड्राइंग है। दबाव पी एसी, पी डीसी, और पी एच क्रमशः, एयरोसोल कक्ष, बयान चैम्बर, और पंप सिर के लिए स्थानों पर चिह्नित नजर रखी है। जन प्रवाह नियंत्रक (एम एफ सी) के द्वारा नियंत्रित गैस प्रवाह, एयरोसोल में प्रवेश करती हैकक्ष और पाउडर aerosolizes। बयान चैम्बर आयताकार (0.4 मिमी x 4.8 मिमी) नोक खोलने के माध्यम से कणों का प्रवाह है, जिससे दो कक्षों के बीच अंतर दबाव बनाने के लिए पंप है।

चित्र 2
चित्रा एनआरएल एडीएम प्रणाली में 2. मुख्य घटकों। दबाव पी एसी, पी डीसी, और पी एच क्रमशः, एयरोसोल कक्ष, बयान चैम्बर, और पंप सिर के लिए स्थानों पर चिह्नित नजर रखी है। विवरण के लिए पाठ देखें। (कॉपीराइट (2014) के संदर्भ में 20 से reproduced एप्लाइड फिजिक्स, जापान सोसाइटी)। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

इस काम में एक व्यक्ति YIG कण का औसत आकार 0.5 माइक्रोन है। ढेर का असर इन का कारण बनता हैछोटे कणों के बारे में 10 माइक्रोन से लगभग 400 माइक्रोन आकार में सीमा है कि बहुत बड़ा agglomerates के रूप में। Agglomerate आकार और वितरण की दर का नियंत्रण एक घने अच्छी तरह से बनाई फिल्म को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। इस बयान के चेंबर में आकार चयन और वर्दी कण प्रवाह की अनुमति देता है कि एक एयरोसोल चैंबर के विन्यास जरूरी। पाउडर एयरोसोल चेंबर में लोड किया जा रहा करने के लिए बड़े से 53 माइक्रोन से पहले किसी भी agglomerates दूर करने के लिए पूर्व sieved है। इस काम में इस्तेमाल एयरोसोल कक्ष विन्यास चित्रा में सचित्र है 3। नाइट्रोजन गैस चैंबर के नीचे के हिस्से में स्थित चार इनलेट नलिका (दो 3 चित्र में दिखाया जाता है) के माध्यम से प्रवेश करती है। गैस Agglomerated कण के वितरण के शामिल एक एयरोसोल कम से कम 53 माइक्रोन आकार का उत्पादन करने के लिए (हरे रंग में दिखाया गया है) YIG पाउडर के साथ सूचना का आदान प्रदान। लगातार स्फूर्त है एक स्टेनलेस स्टील की थाली से बना एयरोसोल चैंबर के आधार पर एक आंदोलनकारी में चल रहा पाउडर रखने के लिएगैस का प्रवाह। agglomerates केवल agglomerates नोक इनलेट में प्रवेश के लिए कम से कम 45 माइक्रोन आकार की अनुमति देते हुए 45 माइक्रोन फिल्टर प्रभाव। नोक agglomerates इनलेट में प्रवेश करने पर एक बड़े वेग को त्वरित हैं और बयान प्रदर्शन करने के लिए (नहीं दिखाया गया है) बयान चेंबर में निकली। एक स्टेनलेस स्टील रॉड डे-clogging फिल्टर में सहायता करने के लिए (नहीं दिखाया गया है) आंदोलनकारी के आधार करने के लिए फिल्टर के नीचे से जोड़ता है।

चित्र तीन
चित्रा फिल्टर, इनलेट नलिका, और दिखाया YIG पाउडर के साथ आंतरिक एयरोसोल कक्ष विन्यास 3. चित्रण,। विवरण के लिए पाठ देखें।

इस रिपोर्ट YIG के घने फिल्मों का निर्माण करने के लिए ऊपर वर्णित कस्टम निर्मित प्रणाली का उपयोग करके विज्ञापन प्रदर्शन करने के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रिया का विवरण है। इस प्रणाली में उत्पादित एक 11 माइक्रोन मोटी फिल्म के लिए प्रतिनिधि परिणाम scannin का उपयोग कर प्रस्तुत कर रहे हैंजी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), मोटाई प्रोफाइल, और लौह-चुंबकीय अनुनाद (FMR)। प्रस्तुत परिणामों के चुंबकीय गुण या फिल्म की सामग्री संरचना का एक में गहराई से अध्ययन करने का इरादा है, लेकिन इस तकनीक से निर्मित फिल्मों के प्रदर्शन के रूप में। नहीं कर रहे हैं यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Protocol

1. पाउडर तैयारी

  1. Agglomerates की 100-150 जी कम से कम 53 माइक्रोन आकार को प्राप्त करने के रूप में प्राप्त अट्रियम लोहा गार्नेट (YIG) पाउडर छलनी।
  2. एक तापमान अधिक से अधिक से अधिक 300 डिग्री सेल्सियस पर कम से कम 24 घंटे के लिए शुष्क करने के लिए एक भट्ठी में sieved पाउडर रखें।

2. सब्सट्रेट तैयारी

  1. इच्छित आकार का एक सब्सट्रेट, तो isopropanol एसीटोन का उपयोग कर उदाहरण के लिए, 3 मिमी x 3 मिमी साफ करें। नाइट्रोजन गैस का उपयोग कर शुष्क।

3. एयरोसोल बयान प्रदर्शन

  1. अनुवाद बढ़ते चरण के लिए नमूना माउंट।
    1. बढ़ते चरण के लिए दो तरफा तांबे टेप रखें। तांबे टेप पर साफ सब्सट्रेट रखें।
    2. नमूने के प्रत्येक किनारे करने के लिए बढ़ते चरण के किनारे से दूरी को मापने। नमूना इतिहास शीट पर आयामों और नमूना स्थिति रिकॉर्ड।
    3. बढ़ते चरण अनुवाद मोटो के शरीर के साथ समानांतर गठबंधन किया है कि जाँचेंनली का व्यास के साथ मोटर शरीर के किनारे करने के लिए बढ़ते चरण के किनारे से दूरी को मापने के द्वारा आर। बयान के चेंबर में नमूना लोड।
    4. बयान चैम्बर सील करने के लिए निकला हुआ किनारा दबाना। अनुवाद मोटर्स के लिए 3 से 15 पिन D- उप नियंत्रक केबल संलग्न।
  2. पाउडर लोड और एयरोसोल कक्ष ऊपर बंद हुआ।
    1. भट्ठी से सूखे पाउडर निकालें और एयरोसोल चैम्बर नीचे अनुभाग में जगह है। फिल्टर डे-clogging रॉड पर फिल्टर डे-clogging के रॉड लगाव स्लाइड।
    2. एयरोसोल चैम्बर नीचे अनुभाग पर एयरोसोल चैंबर के मुख्य शरीर रखें। मुख्य शरीर नीचे अनुभाग से जुड़ी किया जा रहा है के रूप में फिल्टर डे-clogging रॉड लगाव आंदोलन की थाली पर आराम करने के लिए अनुमति दें।
    3. नीचे अनुभाग के लिए मुख्य शरीर दबाना। एयरोसोल चैंबर के मुख्य शरीर पर पक्ष बंदरगाह के लिए एयरोसोल चैम्बर दबाव नापने का यंत्र संलग्न।
    4. मुख्य शरीर ओ पर शीर्ष बंदरगाह के लिए नोक इनलेट खंड दबानाएक QF क्लैंप का उपयोग कर एयरोसोल कक्ष एफ। बयान कक्ष पर इनलेट बंदरगाह के लिए नोक इनलेट ट्यूब उठाएँ और ऊपर और नीचे फिटिंग सुरक्षित।
    5. नमूना इतिहास शीट पर पाउडर और एयरोसोल चैम्बर पहचान संख्या रिकॉर्ड।
  3. यह सिस्टम के बाकी हिस्सों से अलग-थलग साथ roughing के पंप पर बारी। बयान चैम्बर रोशनी दीपक चालू करें। पूरे सिस्टम का पंप-डाउन शुरू करने के लिए बाईपास लाइन पर कसना वाल्व खुला।
  4. सेटअप बयान रन पहचान के साथ दबाव की निगरानी सॉफ्टवेयर।
  5. कमांड लाइन टर्मिनल विंडो में 'pitrans' टाइप करके चरण नियंत्रक मैक्रो निर्माता चलाने के लिए और मांगी गई जानकारी दर्ज करें। रन प्रवेश स्प्रेडशीट में एक नया पत्रक बनाने और बयान मापदंडों और सेटअप नोट्स रिकॉर्ड है।
  6. प्रणाली दबाव 150-200 Torr के बारे में पहुंच गया है, के बाद से थोड़ा unconstricted वाल्व खुला। 1 के बारे में Torr / सेकंड की एक पंप से नीचे की दर को बनाए रखें। वें बारई दबाव दबाव की निगरानी सॉफ्टवेयर और अनुवाद चरण मोटर नियंत्रक सॉफ्टवेयर शुरू 100 Torr नीचे गिरा दिया गया है।
  7. प्रणाली दबाव तक पहुँच गया है के बारे में 1 Torr बाईपास लाइन के लिए सभी तीन वाल्व को बंद करने और मुख्य पंप वाल्व खुला। बयान कक्ष पर शीर्ष टोपी को दबाना कस।
  8. धौंकनी पंप पर बारी। अति उच्च शुद्धता (UHP) नाइट्रोजन गैस सिलेंडर खोलें। दबाव की निगरानी और सिस्टम के आधार दबाव रिकॉर्ड (यह आम तौर पर 15-25 mTorr तक पहुँच जाता है)।
  9. नोजल और सब्सट्रेट के बीच की दूरी निर्धारित करें। नोक से अधिक घुड़सवार सब्सट्रेट स्थानांतरित करने के लिए मंच नियंत्रक सॉफ्टवेयर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस खिड़की का प्रयोग करें। यह संपर्क नोक तक सब्सट्रेट कम करें। इस स्थिति से ऊर्ध्वाधर दिशा में सब्सट्रेट 7.5 मिमी ले जाएँ।
  10. मुख्य पंपिंग लाइन को बंद करें और दबाव की निगरानी सॉफ्टवेयर पर इस प्रणाली का रिसाव की दर पर नजर रखने के। वाल्व बंद करने पर प्रारंभिक रिसाव दर पर ध्यान दें। इस घास का मैदान हैकश्मीर दर अन्यथा लीक के लिए जाँच शुरू करते हैं, कम से कम 3.33 mTorr / सेकंड के लिए जारी है। एक ठेठ रिसाव दर कम से कम 1.2 mTorr / सेकंड है।
  11. 500 Torr पूर्व निर्धारित मूल्य को बयान चैम्बर तितली वाल्व सेट करें। / मिनट (यह मोड़ पर नहीं है) 13.63 एल जन प्रवाह नियंत्रक मूल्य निर्धारित करें।
  12. बयान के लिए शुरू करने की स्थिति बढ़ते चरण ले जाएँ। नियंत्रक सॉफ्टवेयर में कदम 3.7 में बनाए गए मैक्रो लोड करें।
  13. रैखिक धारा 10 हर हर्ट्ज 135 के बीच और 145 स्वीप करने के लिए समारोह जनरेटर कार्यक्रम। पर समारोह जनरेटर चालू करें। पर नाइट्रोजन गैस का प्रवाह कर दें। एक 3 सेकंड उलटी गिनती के बाद मंच नियंत्रक मैक्रो शुरू करते हैं।
  14. बयान मॉनिटर और 500 ± 0.5 Torr पर दबाव अंतर रखने के लिए आवश्यक के रूप में गैस का प्रवाह दर को समायोजित (या चलाने के लिए वांछित के रूप में) बयान की अवधि के लिए।
    नोट: बयान कक्ष में दबाव आम तौर पर 0.65 Torr है और बयान कक्ष में दबाव आम तौर पर 501 Torr है। बेकाबू विविधताओंदबाव में आमतौर पर UHP नाइट्रोजन बाहर चल रहा है कि संकेत मिलता है। रन की अवधि से अधिक दबाव में मामूली कमी (1-2 Torr) खासियत है। इस गैस के प्रवाह की दर में वृद्धि से remedied किया जा सकता है। प्रारंभिक एक दृश्य फिल्म सब्सट्रेट पर फार्म चाहिए गुजरता के दौरान, फिल्म निर्माण की कमी पाउडर और / या महत्वपूर्ण फिल्टर clogging के अपर्याप्त aerosolization पता चलता है।
  15. बयान के अंत में सटीक बयान चलाते समय ध्यान दें। नाइट्रोजन गैस, समारोह जनरेटर, और पंप बंद। पूरी तरह से बयान चैम्बर तितली वाल्व खुला।
  16. बयान चैम्बर के किनारे पर स्थित बाईपास वाल्व खुला। शून्य करने के लिए घर नाइट्रोजन गैस नियामक मुड़ें और बयान चेंबर में इसे भेज दें। धीरे-धीरे हाउस गैस नियामक दबाव बढ़ रही है, जबकि मुख्य पंप वाल्व को बंद करें।
  17. होम एक्स = 25 मिमी, वाई = 25 मिमी, और जेड = 25 मिमी के लिए नोजल, तो चरण नियंत्रक सॉफ्टवेयर को बंद करें।
  18. प्रणाली में दबाव बढ़ गया है एक बार100 से ऊपर Torr दबाव की निगरानी सॉफ्टवेयर बंद करो। बयान पूरा करने के लिए प्रयोग किया जाता है और समय कुल नाइट्रोजन गैस रिकॉर्ड। प्रणाली माहौल पहुंचता है जब तक घर गैस के दबाव के रूप में आवश्यक समायोजित करें।
  19. 3 15-पिन D- उप चरण नियंत्रक केबल हाल चलाना और शीर्ष टोपी unclamp। बयान चैम्बर से शीर्ष टोपी निकालें और नमूना अनमाउंट करें।

4. पोस्ट-जमाव निरीक्षण

  1. बढ़ते चरण से नमूना निकालें और एक खुर्दबीन के नीचे का निरीक्षण किया। यदि आवश्यक हो, ढीला पाउडर दूर करने के लिए isopropanol में नमूना धो लें। फिल्म की योजना बनाई अभिलक्षण प्रदर्शन करते हैं।

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Representative Results

बयान पूरा होने के बाद, लेपित substrates के बयान चैम्बर से हटा दिया है और एक ऑप्टिकल स्टीरियो माइक्रोस्कोप का उपयोग निरीक्षण कर रहे हैं। नमूने आम तौर पर धकेल दिया और वातावरण के लिए फिर से दबाव के दौरान बनी हुई है कि अतिरिक्त पाउडर को दूर करने के isopropanol के साथ धो रहे हैं। फिल्म लक्षण, profilometry फिल्म के चुंबकीय गुणों का आकलन करने के लिए फिल्म मोटाई, एकरूपता, और खुरदरापन, और लौह-चुंबकीय अनुनाद का आकलन करने के लिए इस फिल्म की आकृति विज्ञान का आकलन करने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग यहाँ प्रस्तुत प्रतिनिधि परिणामों पर प्रदर्शन किया गया था (के लिए संदर्भ में 20 देखना लक्षण वर्णन तरीकों पर अतिरिक्त विवरण)। इस अध्ययन में, एक 3 मिमी x 3 मिमी नीलमणि सब्सट्रेट ऊपर प्रोटोकॉल और सिस्टम स्थापना का उपयोग कर लेपित किया गया था। बयान झाडू 0.65 मिमी / सेकंड पर फिल्म में रेखापुंज करने के लिए और 75 मिमी 2 के कुल क्षेत्र को कवर करने के लिए स्थापित किया गया था।

चित्रा 4 फिल्म के ऊपर की सतह का एक SEM छवि है व्यक्तिगत कणों (0.5 माइक्रोन) का प्रारंभिक आकार की तुलना में बहुत छोटे होते हैं कि कई छोटे अनाज दिखा। यह फिल्म बहुत कुछ रिक्तियों के साथ कुछ हद तक एक मोटा, अच्छी तरह से जमा हुआ सतह का गठन किया है कि छवि से स्पष्ट है। यहाँ प्रस्तुत इसी तरह के परिणाम की फिल्मों के लिए हम YIG के लिए सैद्धांतिक घनत्व के -96% से 90% के बीच करने के लिए घनत्व मापा है (5.17 ग्राम / सेमी 3)। चित्रा 5 में दिखाया गया है फिल्म के पार के अनुभागीय दृश्य भी फिल्म के घने प्रकृति का समर्थन करता है। यानी बयान के दौरान गठन के रूप में चित्रा 5 में मुख्य छवि के रूप में जमा नमूना के किनारे से पता चलता है, यह फिल्म का एक Cleaved खंड नहीं है। इनसेट फिल्म के घने प्रकृति का संकेत फिल्म के पार अनुभाग का एक बढ़ाया देखने से पता चलता है। हम यह भी रूप में जमा फिल्मों पर एक्स-रे विवर्तन प्रदर्शन किया और पाउडर शुरू करने और क्रिस्टल संरचना बयान पर कोई बदलाव नहीं होता पाया है कि (नहीं दिखाया डेटा, देख भी 3 और 20 संदर्भ)।

jove_content "> चित्रा 6 फिल्म के कदम ऊंचाई की एक साजिश है। नमूने के कुल क्षेत्रफल 3 मिमी x 3 मिमी (कुल बयान क्षेत्र में 75 मिमी 2) था। कदम फिल्म के एक हिस्से को हटाने के द्वारा बनाया गया था है सब्सट्रेट के एक बढ़त के साथ। डेटा overlaying लाल रेखा फिल्म में तीन प्रोफाइल स्कैन के औसत से 10.93 माइक्रोन की औसत फिल्म मोटाई इंगित करता है। आरएमएस खुरदरापन आर क्यू = 1.37 माइक्रोन। इस फिल्म के 337 सेकंड था फार्म करने के बयान के समय, 1.95 माइक्रोन / मिनट की जमा दर में जिसके परिणामस्वरूप।

चित्रा 7 आरटी पर लिया FMR अवशोषण व्युत्पन्न की एक साजिश है: डेटा काले रंग में दिखाया गया है। डेटा के लिए एक Lorentzian व्युत्पन्न lineshape फिट लाल रंग में दिखाया गया है। डेटा के linewidth 330 ँ है और प्रतिध्वनि क्षेत्र 2810 ँ है। संकेत स्थान और आकार में अन्य विधियों, जैसे, स्पंदित लेजर बयान या आरएफ मैग्नेट्रान धूम द्वारा विकसित polycrystalline YIG के लिए एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम के बराबर है 15,16 आईएनजी। Lorentzian lineshape एक वर्दी फिल्म 17,18 सुझाव दे डेटा के लिए एक अच्छी फिट देता है।

चित्रा 4
फिल्म के बाद बयान के ऊपर की सतह की चित्रा 4. SEM छवि। छवि घनी जमा हुआ और 0.5 माइक्रोन व्यक्ति प्रारंभिक कण आकार की तुलना में बहुत छोटे होते हैं कि कई अनाज के साथ एक फिल्म से पता चलता है। इस का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें आंकड़ा।

चित्रा 5
नीलमणि सब्सट्रेट पर फिल्म के पार अनुभाग की चित्रा 5. SEM छवि। इनसेट फिल्म के पार अनुभाग के एक बढ़ाया दृश्य है।ghres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 नमूने के 3 मिमी कुल लंबाई का 2.25 मिमी मोटाई भर में भिन्नता दिखा चित्रा 4 और 6 चित्र में इस फिल्म का एक प्रतिनिधि कदम प्रोफ़ाइल। 10.93 माइक्रोन की औसत मोटाई डेटा overlaying लाल रेखा के रूप में दिखाया गया है। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
आरटी पर ले जाया फिल्म की चित्रा 7. ferromagnetic प्रतिध्वनि व्युत्पन्न वक्र। स्पेक्ट्रम एक समान समरूप फिल्म का संकेत Lorentzian समारोह से अच्छी तरह से फिट है। linewidवें 330 ँ है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

चित्रा 4 में SEM छवि महत्वपूर्ण फ्रैक्चर और densification के बयान प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हो रही है कि इंगित करता है। छवि रिक्तियों और अनाज की एक छोटी संख्या से पता चलता है फिल्म है, जो के ऊपर की सतह से लिया जाता है। चित्रा 1 में कण 2 और 3 से प्रभाव से यह साफ रूप में नमूदार क्षेत्र बाद कणों के आगे प्रभाव और densification प्रक्रिया से लाभ नहीं होता इसलिए जमा किया जा करने के लिए सामग्री की अंतिम है और। नमूने की मात्रा के भीतर फिल्म घनत्व कर सकते हैं पार अनुभाग के उच्च बढ़ाई इनसेट के साथ-साथ, चित्रा 5। इस छवि में पार के अनुभागीय छवि के द्वारा देखा जा, एक घने फिल्म के लिए आगे सबूत प्रदान करता है।

SEM छवि में देखा खुरदरापन भी प्रोफाइल स्कैन में मात्रात्मक पुष्टि की है। इन फिल्मों का खुरदरापन बयान की उच्च दर (/ मिनट 1.95 माइक्रोन) की वजह से हो सकता है। यह फिल्मों अधिक का गठन संभव है किधीरे-धीरे पूरी तरह फ्रैक्चर कणों को सक्षम और अतिरिक्त कणों के आने से पहले पालन करना है, लेकिन फिल्म खुरदरापन में वृद्धि भी फिल्म मोटाई 21 में वृद्धि करने के लिए मौलिक रूप से संबंधित हो सकता है जाएगा। फिल्म में मोटाई में गिरावट के बयान के चेंबर में कण प्रवाह पूरे बयान के दौरान स्थिर नहीं है कि पता चलता है। संभावित कारण एयरोसोल में पाउडर की हानि, एयरोसोल चैंबर के आधार पर पाउडर के clumping, और / या फिल्टर clogging से स्टेम सकता है। पूरी तरह से सुखाने और पाउडर sieving और चित्रा में दिखाया गया है कि करने के लिए एयरोसोल चैम्बर संशोधित 3 में सुधार लाने और जमा दर और फिल्म एकरूपता नियंत्रित करने के लिए शुरू की रणनीतियों रहे हैं।

इस नमूने के लिए FMR स्पेक्ट्रम YIG फिल्म अन्य तकनीकों की वृद्धि हुई polycrystalline YIG फिल्मों की खासियत है कि एक प्रतिध्वनि क्षेत्र और lineshape है कि इंगित करता है। ई जमा फिल्म के linewidth अन्य सूचना दी polycrystalline की तुलना में कुछ व्यापक हैके बारे में 100-200 ँ 16 से फिल्मों। इस वजह से इस फिल्म की नैनो क्रिस्टलीय मेकअप की संभावना है। एकल क्रिस्टल YIG फिल्मों भी तुलनीय मोटाई 22 के लिए कम से कम 1 ँ के एक ठेठ FMR linewidth है कि ध्यान दें। इस फिल्म के एक Lorentzian lineshape द्वारा अच्छी तरह से मॉडलिंग की है के बाद से एक फिल्म वर्दी और inhomogeneities से मुक्त है कि निष्कर्ष निकाल सकता है। इस मामले में, linewidth का विस्तार इस तरह के गिल्बर्ट dampening और / या 18 बिखरने 2-Magnon के रूप में आंतरिक तनाव कम करने के लिए प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। चित्रा 6 में झुका हुआ मोटाई प्रोफाइल जमा दर इस प्रक्रिया के दौरान स्थिर नहीं है, और इसलिए, फिल्म inhomogeneities से पूरी तरह से मुक्त होने की संभावना नहीं है कि सबूत है। एक और अधिक में गहराई से अध्ययन पूरी तरह से इन तंत्रों को फंसाने के लिए किए जाने की जरूरत है (Ref। 3 में भी चर्चा देखें), और साथ ही, वर्तमान विज्ञापन प्रणाली के बेहतर शोधन। गैर वर्दी कवरेज का सबसे संभावित कारण है कि एयरोसोल जनरलएयरोसोल कक्ष में erated समाप्त हो सकता है और / या फिल्टर भरा हो जाता है। इन प्रभावों के दोनों कम हो जाना और इस तरह एक कम जमा दर में परिणाम के लिए बयान कक्ष में प्रवेश करने के पाउडर की राशि का कारण होगा।

ऊपर प्रस्तुत परिणामों सफल (75 मिमी 2 क्षेत्र के लिए) / मिनट लगभग 2 माइक्रोन के एक बयान दर पर एक लगभग 11 माइक्रोन मोटी फिल्म के बयान यहाँ प्रस्तुत विज्ञापन प्रणाली और प्रोटोकॉल का उपयोग करने का संकेत मिलता है। इस फिल्म की वजह से इस प्रक्रिया में शामिल प्रभाव, अस्थिभंग और densification तंत्र के लिए शुरू कणों की तुलना में बहुत छोटे होते हैं कि घनी जमा हुआ और बेतरतीब ढंग से उन्मुख अनाज के शामिल है। फिल्म की सूचना दी YIG फिल्मों 15-17 के लिए तुलनीय FMR linewidth आकार और प्रतिध्वनि क्षेत्र से पता चलता है। बेहतर बयान चेंबर में agglomerates के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त काम और अधिक वर्दी फिल्म विकास सुनिश्चित करने की जरूरत है।

वर्तमान काम आगे चुनाव सुधार करने के लिए चल रहा हैबयान प्रक्रिया के sistency। अतिरिक्त सुखाने और sieving प्रोटोकॉल पाउडर प्रत्येक रन के दौरान एक ही निरंतरता है कि यह सुनिश्चित करने के लिए विकसित किया जा रहा है। डिजाइन भी कम clogging के साथ एक बेहतर छानने का काम प्रणाली बनाने के लिए चल रहे हैं। नोक इनलेट का एक नया स्वरूप भी नोक गर्दन के भीतर इकट्ठा करने से clumped पाउडर को रोकने में सहायता करेगा। चुंबकीय और संरचनात्मक गुणों की अधिक गहराई से अध्ययन भी चल रहे हैं। कुछ वर्तमान अध्ययन बेहतर एयरोसोल बयान के द्वारा बनाई गई इन फिल्मों के चुंबकीय गुणों में बदलाव को समझने के लिए फिल्मों परत-दर-परत का निर्माण कर, शामिल हैं।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

SDJ कृतज्ञता में उसके भाग के लिए इंजीनियरिंग शिक्षा / एनआरएल Postdoctoral फैलोशिप कार्यक्रम, सामग्री के चुंबकीय गुण पर कोनराड Bussmann (एनआरएल) और MingZhong वू (कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी) के साथ विचार-विमर्श, और रॉन होल्म (एनआरएल) के लिए अमेरिकन एसोसिएशन के समर्थन मानता है डिजाइन और एनआरएल विज्ञापन प्रणाली के कार्यान्वयन।

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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 99 एयरोसोल बयान yttrium लोहा गार्नेट माइक्रोवेव सामग्री रेडियो आवृत्ति सामग्री मोटी फिल्म लौह-चुंबकीय अनुनाद ठंड स्प्रे कोटिंग कमरे के तापमान मिट्टी के बरतन Multifunctional सामग्री ferrites आक्साइड
एयरोसोल बयान का प्रयोग मोटी घने Yttrium आयरन गार्नेट फिल्म्स का गठन
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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).

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