Waiting
Login processing...

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

Engineering

تشكيل سميكة الكثيفة الإيتريوم الحديد العقيق أفلام عن طريق الهباء ترسب

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

ويصف هذا التقرير استخدام نظام مبنية خصيصا لأداء ترسب الهباء الجوي من الأفلام سميكة من الحديد العقيق الإيتريوم على ركائز الياقوت في RT. وتتميز الأفلام المودعة باستخدام المجهر الإلكتروني، profilometry، والرنين المغناطيسية لإعطاء لمحة تمثيلية من قدرات تقنية.

Abstract

الهباء الجوي ترسب (AD) هو عملية ترسب سميك بين الأفلام التي يمكن أن تنتج طبقات تصل إلى عدة مئات من ميكرومتر سميكة ذات الكثافة أكبر من 95٪ من الجزء الأكبر. والميزة الرئيسية لAD هي أن ترسب يحدث تماما عند درجة حرارة الغرفة. وبالتالي تمكين النمو الفيلم في النظم المادية مع درجات حرارة انصهار المتباينة. ويصف هذا التقرير بالتفصيل خطوات المعالجة لإعداد مسحوق وأداء AD باستخدام نظام مبنية خصيصا. يتم عرض النتائج توصيف تمثيلية من المجهر الإلكتروني، profilometry، والرنين المغناطيسية للأفلام التي تزرع في هذا النظام. كما لمحة تمثيلية من قدرات النظام، وقد تم التركيز على عينة المنتجة بعد وصفه البروتوكول وإعداد النظام. وتشير النتائج إلى أن هذا النظام يمكن أن تودع بنجاح 11 ميكرون الحديد الإيتريوم سميكة الأفلام العقيق التي هي> 90٪ من الكثافة الظاهرية خلال واحد 5 دقائق ترسب صالامم المتحدة. ويرد مناقشة طرق على تحمل سيطرة أفضل من الهباء الجوي والجسيمات الاختيار لتحسين سمك والاختلافات خشونة في الفيلم.

Introduction

الهباء الجوي ترسب (AD) هو عملية ترسب سميك بين الأفلام التي يمكن أن تنتج طبقات تصل إلى عدة مئات من ميكرومتر سميكة ذات الكثافة أكبر من 95٪ من الجزء الأكبر 1. ويعتقد أن عملية الترسيب يحدث من خلال عملية مستمرة من تأثير، وكسر أو تشوه، التصاق، والتكثيف من الجسيمات الشكل 1 يصور هذه العملية على شكل سلسلة من الخطوات التي تبين تأثير الجسيمات والتكثيف على مدى عدة خطوات. كما هو مبين، والجزيئات تتحرك نحو الركيزة مع سرعة نموذجية من 100-500 متر / ثانية. كما أثر الجسيمات الأولية مع الركيزة أنها كسر والتمسك الركيزة. توفر هذه الطبقة ترسيخ التصاق الميكانيكية بين الركيزة والفيلم بالجملة. كما تحدث الآثار اللاحقة الجسيمات الأساسية هي كسر على نحو متزايد، الالتزام، وزيادة مكثف. هذه العملية من تأثير مستمر، والانكسار، والتكثيف تعمل على ضغط الفيلم الأساسي والسندات وتبكيtallites وإنتاج الفيلم مع كثافة تصل إلى أكثر من 95٪ من المواد السائبة.

الشكل 1
الشكل 1. رسم توضيحي لعملية الترسيب. يظهر لوحة وثلاثة جسيمات تتحرك نحو الركيزة مع سرعة نموذجية من 100-500 متر / ثانية. لوحة B يظهر نتيجة للتأثير، والانكسار، والتصاق الجسيمات الأول. لوحات C و D تظهر الأثر اللاحق للجزيئات الثانية والثالثة، الأمر الذي يزيد من التعاقد الفيلم الأساسي والسندات البلورة. والنتيجة هي فيلم مع كثافة أكبر من 95٪ من المواد السائبة (مستنسخة بإذن من المرجع 19). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

والميزة الرئيسية لAD هي أن deposition يحدث تماما في المحيط RT. وبالتالي تمكين النمو الفيلم، على سبيل المثال، من مادة عالية الذوبان في درجة الحرارة (مسحوق البدء) على ركيزة منخفضة ذوبان في درجة الحرارة. معدل الترسيب يمكن أن تصل إلى عدة ميكرومتر في الدقيقة الواحدة ويتم تنفيذ في ظروف فراغ معتدلة من 1-20 عربة في غرفة خلع. وتظهر عملية القدرة على الارتقاء إلى مناطق ترسيب كبيرة جدا وأخيرا، فإنه يمكن إيداع conformally 2

هناك العديد من النظم المواد التي يدرسها AD لمجموعة واسعة من الاستخدامات، مثل لفائف 3، الطلاءات المقاومة للتآكل 4، 5 piezoelectrics، multiferroics 6، 7 magnetoelectrics الثرمستورات 8، 9 أفلام الحرارية، العوازل المرنة 10، يزرع الأنسجة الصلبة وbioceramics 11، الشوارد الصلبة 12، وphotocatalysts 13. للتطبيقات لأجهزة الميكروويف والأفلام المغناطيسية للسيفيراهناك حاجة ل مئات ميكرومتر في السمك التي من شأنها أن تكون متكاملة من الناحية المثالية مباشرة إلى عناصر وحات الدوائر الالكترونية. أحد التحديات لتحقيق هذا التكامل هو نظام درجات الحرارة العالية اللازمة لتصنيع أفلام الفريت (انظر مراجعة من قبل هاريس وآخرون. 14)، مثل العقيق الحديد الإيتريوم (YIG). لهذا السبب AD يبدو أن الخيار الطبيعي لتحقيق التقدم جديدة محتملة في المغناطيسية تكنولوجيا الدوائر المتكاملة. عملية منخفضة التكلفة، وارتفاع معدل الترسيب، وبساطة AD حفزت الاهتمام من قبل الباحثين في ألمانيا، وفرنسا، واليابان، وكوريا، والآن في الولايات المتحدة.

الرقم 2 هو الرسم يحدد الإعداد الأساسي لأداء ترسب الهباء الجوي. يتم مراقبة الضغط في المواقع ملحوظ P AC، DC P، وP H للغرفة الهباء الجوي، غرفة الترسيب، ورئيس المضخة، على التوالي. تدفق الغاز، التي تسيطر عليها وحدة تحكم تدفق كتلة (MFC)، يدخل الهباء الجويغرفة وaerosolizes المسحوق. يتم ضخ غرفة ترسب لإنشاء فرق الضغط بين الغرفتين، مما تسبب في تدفق الجسيمات من خلال مستطيلة (0.4 مم × 4.8 مم) فتح فوهة.

الرقم 2
الشكل 2. المكونات الرئيسية في نظام NRL ADM وتتم مراقبة ضغط في مواقع ملحوظ P AC، DC P، وP H للغرفة الهباء الجوي، غرفة الترسيب، ورئيس المضخة، على التوالي. الاطلاع على النص لمزيد من التفاصيل. (حقوق الطبع والنشر (2014) والجمعية اليابانية للفيزياء التطبيقية، مستنسخة من المرجع 20). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

متوسط ​​حجم جسيم YIG الفردية في هذا العمل هو 0.5 ميكرون. تأثير التكتل يسبب هذهالجزيئات الصغيرة لتشكيل تكتلات أكبر من ذلك بكثير والتي تتراوح في حجمها من حوالي 10 ميكرون إلى حوالي 400 ميكرون. السيطرة على حجم وتسليم معدل التكتل أمر ضروري لتحقيق فيلم كثيفة بشكل جيد. وهذا يتطلب تكوين دائرة الهباء الجوي التي تسمح بانتقاء حجم وموحد تدفق الجسيمات في غرفة خلع. المسحوق هو قبل المصفى لإزالة أي تكتلات أكبر من 53 ميكرومتر قبل أن يتم تحميلها في غرفة الهباء الجوي. ويتضح تكوين غرفة الهباء الجوي المستخدمة في هذا العمل في الشكل (3). يدخل غاز النيتروجين من خلال أربع فتحات مدخل (تظهر اثنين في الشكل 3) الواقعة على جانبي الجزء السفلي من الغرفة. يتفاعل الغاز مع مسحوق YIG (كما هو موضح باللون الأخضر) لإنتاج الهباء الجوي يتألف من توزيع الجسيمات المكتل أحجام أقل من 53 ميكرون. محرضا على قاعدة للغرفة الهباء الجوي مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لوحة وصدي باستمرار للحفاظ على مسحوق الانتقال إلىتدفق الغاز. وتكتلات تؤثر مرشح 45 ميكرون، والسماح الكتل التي يقل حجمها عن 45 ميكرون لدخول مدخل فوهة. عند دخول فوهة مدخل للتكتلات وتسارع إلى سرعة كبيرة وإخراجه إلى غرفة خلع (لا يظهر) لأداء الترسيب. قضيب الفولاذ المقاوم للصدأ يربط الجزء السفلي من مرشح لقاعدة المحرض (لا يظهر) للمساعدة في تصفية انسداد دي.

الشكل (3)
الشكل 3. رسم توضيحي لتكوين غرفة الهباء الجوي الداخلي، مع فلتر، فوهات مدخل، ومسحوق YIG مبين. انظر النص لمزيد من التفاصيل.

تفاصيل هذا التقرير الإجراء التجريبي لأداء AD باستخدام نظام مبنية خصيصا المذكورة أعلاه لإنتاج الأفلام كثيفة من YIG. وتعرض نتائج ممثلة لفيلم 11 ميكرون سميكة المنتجة في هذا النظام باستخدام scanninالمجهر ز إلكترون (SEM)، وملامح سمك، والرنين المغناطيسية (نشرة الهجرة القسرية). ليس المقصود النتائج المقدمة أن تكون دراسة متعمقة من الخواص المغناطيسية أو الهيكل المادي للفيلم، ولكن كما مظاهرة من الأفلام التي تنتجها هذه التقنية. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. مسحوق إعداد

  1. غربال كما وردت-الإيتريوم الحديد العقيق (YIG) مسحوق للحصول على 100-150 غرام من الكتل بحجم أقل من 53 ميكرون.
  2. وضع مسحوق المصفى في الفرن لتجف لمدة لا تقل عن 24 ساعة في درجة حرارة تزيد عن 300 درجة مئوية.

2. إعداد الركيزة

  1. تنظيف ركيزة من الحجم المطلوب، على سبيل المثال، 3 مم × 3 مم باستخدام الأسيتون ثم الأيسوبروبانول. الجافة باستخدام غاز النيتروجين.

3. المسرحية الهباء ترسب

  1. جبل العينة إلى مرحلة الترجمة في تصاعد مستمر.
    1. وضع الوجهين الشريط النحاس إلى مرحلة التركيب. وضع الركيزة تنظيف على الشريط النحاس.
    2. قياس المسافة من حافة مرحلة التركيب إلى كل حافة من العينة. تسجيل أبعاد وعينة موقف على ورقة التاريخ العينة.
    3. تأكد من أن مرحلة تصاعد يتم محاذاة بالتوازي مع جسم موتو ترجمةص عن طريق قياس المسافة من حافة مرحلة التركيب إلى حافة الجسم الحركية مع الفرجار. تحميل العينة في غرفة خلع.
    4. المشبك شفة لاغلاق غرفة الترسيب. نعلق 3 15 دبوس كابلات التحكم D-Sub للحصول على محركات الترجمة.
  2. تحميل المسحوق وقرب غرفة الهباء الجوي.
    1. إزالة المسحوق المجفف من الفرن ووضعه في القسم السفلي غرفة الهباء الجوي. أزح مرشح دي انسداد قضيب التعلق على مرشح انسداد دي قضيب.
    2. وضع الجسم الرئيسي للغرفة الهباء الجوي على القسم السفلي غرفة الهباء الجوي. السماح للمرشح انسداد دي قضيب مرفق للراحة على لوحة الإثارة كما يتم إرفاق الجسم الرئيسي للقسم السفلي.
    3. المشبك الجسم الرئيسي للقسم السفلي. إرفاق قياس ضغط الغرفة الهباء الجوي إلى ميناء جانبية على الجسم الرئيسي للغرفة الهباء الجوي.
    4. المشبك قسم فوهة مدخل إلى ميناء كبير على س الجسم الرئيسيو غرفة الهباء الجوي باستخدام المشبك QF. رفع أنبوب فوهة مدخل إلى مدخل الميناء على غرفة خلع وتأمين مستلزمات العلوي والسفلي.
    5. تسجيل مسحوق وغرفة الهباء الجوي وأرقام بطاقات الهوية على ورقة التاريخ العينة.
  3. بدوره على مضخة التخشين معها معزولة عن بقية النظام. تشغيل مصباح إضاءة غرفة الترسيب. فتح صمام انقباض على الخط الالتفافي لبدء ضخ أسفل النظام بأكمله.
  4. إعداد برنامج مراقبة الضغط مع تحديد المدى ترسب.
  5. تشغيل الماكرو الخالق تحكم المرحلة عن طريق كتابة 'pitrans "في إطار المحطة سطر الأوامر وإدخال المعلومات المطلوبة. إنشاء صفحة جديدة في جدول سجل تشغيل وتسجيل المعلمات ترسب والملاحظات الإعداد.
  6. بعد ضغط النظام قد وصل إلى حوالي 150-200 عربة، افتح قليلا صمام unconstricted. الحفاظ على معدل ضخ بانخفاض حوالي 1 عربة / ثانية. مرة واحدة عشروانخفض ضغط ه أقل من 100 عربة بدء برنامج مراقبة ضغط والبرامج تحكم المحرك مرحلة الترجمة.
  7. بمجرد وصول ضغط النظام حوالي 1 عربة إغلاق كافة الصمامات الثلاثة في خط الالتفافية وفتح صمام الضخ الرئيسي. تشديد المشبك على الغطاء العلوي على غرفة الترسيب.
  8. بدوره على مضخة منفاخ. فتح نقاء عالية جدا (UHP) اسطوانة غاز النيتروجين. مراقبة الضغط وتسجيل ضغط قاعدة النظام (تصل عادة 15-25 mTorr).
  9. تعيين المسافة بين فوهة والركيزة. استخدام برنامج تحكم المرحلة نافذة واجهة المستخدم الرسومية لتحريك الركيزة التي شنت على فوهة. خفض الركيزة حتى إنها تجري اتصالات مع فوهة. نقل الركيزة 7.5 مم في الاتجاه الرأسي من هذا الموقف.
  10. إغلاق خط الضخ الرئيسي ورصد معدل تسرب للنظام على برنامج مراقبة ضغط. نلاحظ أن معدل تسرب الأولي على اغلاق الصمام. إذا كان هذا ليامعدل ك أقل من 3.33 mTorr / ثانية تستمر، تبدأ خلاف ذلك التحقق من وجود تسرب. معدل تسرب النموذجي هو أقل من 1.2 mTorr / ثانية.
  11. تعيين فراشة صمام غرفة ترسب إلى القيمة مسبقا 500 عربة. تعيين القيمة تحكم التدفق الجماعي إلى 13.63 لتر / دقيقة (لا تشغيله).
  12. نقل المرحلة متزايدة لوضع البداية لترسب. تحميل الماكرو التي تم إنشاؤها في الخطوة 3.7 في البرنامج وحدة تحكم.
  13. برمجة مولد وظيفة لاكتساح خطيا بين 135 و 145 هرتز كل 10 ثانية. تحويل مولد الدالة على. تحويل تدفق غاز النيتروجين جرا. بعد العد التنازلي 3 ثانية تبدأ الماكرو تحكم المرحلة.
  14. رصد ترسب وضبط معدل تدفق الغاز الضروري للحفاظ على اختلاف الضغط في 500 ± 0.5 عربة (أو كما هو مطلوب لتشغيل) لمدة الترسيب.
    ملاحظة: الضغط في غرفة خلع عادة 0.65 عربة والضغط في غرفة خلع هو عادة 501 عربة. الاختلافات لا يمكن السيطرة عليهافي ضغط تشير عادة أن النيتروجين UHP ينفد. انخفاض طفيف في ضغط (1-2 عربة) خلال مدة المدى هو نموذجي. هذه يمكن معالجتها عن طريق زيادة معدل تدفق الغاز. خلال يمر الأولي ينبغي أن يشكل فيلم مرئية على الركيزة، وعدم تشكيل الفيلم يوحي هباء كافية من مسحوق و / أو انسداد كبير التصفية.
  15. في نهاية ترسب ملاحظة بالضبط وقت التشغيل الترسيب. اغلاق غاز النيتروجين، ومولد وظيفة، والمضخات. فتح صمام فراشة غرفة ترسب تماما.
  16. فتح صمام الالتفافية التي تقع في جانب من الغرفة الترسيب. تحويل منظم غاز النيتروجين منزل من الصفر، وتوجيهها إلى غرفة خلع. إغلاق صمام الضخ الرئيسي مع زيادة ببطء ضغط منظم الغاز المنزل.
  17. الصفحة الرئيسية فوهة إلى X = 25 مم، Y = 25 ملم، وZ = 25 ملم، ثم إغلاق البرنامج تحكم المرحلة.
  18. مرة واحدة وقد ارتفع الضغط في نظامأكثر من 100 عربة وقف برنامج مراقبة ضغط. تسجيل شركة توتال للغاز النيتروجين المستخدمة والوقت لاستكمال الترسيب. ضبط ضغط الغاز البيت عند الضرورة حتى يصل إلى نظام الغلاف الجوي.
  19. فصل 3 15 دبوس كابلات تحكم المرحلة D الفرعية وunclamp الغطاء العلوي. إزالة الغطاء العلوي من غرفة خلع وإلغاء تحميل العينة.

4. ما بعد الترسيب التفتيش

  1. إزالة عينة من مرحلة تركيب وفحص تحت المجهر. إذا لزم الأمر، وغسل العينة في الأيزوبروبانول لإزالة البودرة السائبة. أداء الأوصاف المخطط للفيلم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

بعد ترسب كاملة، تتم إزالة ركائز المغلفة من غرفة خلع وتفتيش باستخدام مجهر ستيريو البصرية. وعادة ما يتم تجاهل العينات وغسلها مع الأيزوبروبانول لإزالة مسحوق الزائدة التي ظلت خلال إعادة الضغط إلى الغلاف الجوي. تم إجراء توصيف الفيلم على نتائج ممثلة المقدمة هنا باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح لتقييم التشكل من الفيلم، profilometry لتقييم سماكة الفيلم، والتوحيد، وخشونة، والرنين المغناطيسية لتقييم الخواص المغناطيسية للفيلم (انظر المرجع 20 ل تفاصيل إضافية عن أساليب توصيف). في هذه الدراسة، تم المغلفة 3 مم × 3 مم الياقوت باستخدام بروتوكول أعلاه وإعداد النظام. تم تعيين الاجتياح ترسب إلى النقطية عبر الفيلم على مستوى 0.65 ملم / ثانية، وتغطي مساحة إجمالية قدرها 75 مم 2.

الرقم 4 هو صورة SEM من السطح العلوي للفيلم تظهر العديد من المؤسسات الصغيرة والحبوب التي هي أصغر بكثير من حجم الانطلاق من الجزيئات الفردية (0.5 ميكرون). ويتضح من الصورة أن الفيلم قد شكلت الخام إلى حد ما، سطح المضغوط بشكل جيد مع عدد قليل جدا من الفراغات. للأفلام من نتائج مماثلة المقدمة هنا قمنا بقياس الكثافة إلى ما بين 90٪ -96٪ من الكثافة النظرية لYIG (5.17 جم / سم 3). وجهة نظر مستعرضة من الفيلم هو مبين في الشكل (5) كما يدعم طبيعة كثيفة من الفيلم. الصورة الرئيسية في الشكل (5) معارض حافة العينة كما المودعة كما شكلت أثناء الترسيب، أي أنها ليست القسم المشقوق من الفيلم. يظهر أقحم رؤية المكبرة من المقطع العرضي للفيلم مما يدل على طبيعة كثيفة من الفيلم. لقد أجرينا أيضا حيود الأشعة السينية على الأفلام كما المودعة والبدء مسحوق وجدت أن لا يغير التركيب البلوري على ترسب (لا تظهر البيانات؛ انظر المراجع أيضا 3 و 20).

jove_content "> الشكل 6 هو مؤامرة من ارتفاع خطوة من الفيلم. وتبلغ المساحة الإجمالية للعينة هو (كان 75 مم 2 منطقة ترسب الكلية). تم إنشاء 3 مم × 3 مم الخطوة عن طريق إزالة جزء من الفيلم على طول حافة واحدة من الركيزة. الخط الأحمر تتراكب البيانات تشير إلى أن متوسط ​​سمك الفيلم من 10.93 ميكرومتر عن طريق حساب متوسط ​​ثلاثة بمسح الملف الشخصي عبر الفيلم. س التربيعي خشونة R = 1.37 ميكرون الساعة ترسب لتشكيل كان هذا الفيلم 337 ثانية، مما أسفر عن معدل ترسب 1.95 ميكرون / دقيقة.

الرقم 7 هو مؤامرة من مشتقات امتصاص نشرة الهجرة القسرية المتخذة في RT: أظهرت بيانات باللون الأسود. ويرد Lorentzian مشتق صالح lineshape إلى البيانات باللون الأحمر. وlinewidth البيانات هو 330 أوي والحقل الرنين هو 2810 أوي. الموقع إشارة وشكل مشابه لطيف الحال بالنسبة للالكريستالات YIG نمت عن طريق وسائل أخرى، على سبيل المثال، وترسب نابض الليزر أو الترددات اللاسلكية المغنطرون تفل جي 15،16. وlineshape Lorentzian يعطي مناسبا لتشير البيانات إلى فيلم موحد 17،18.

الرقم 4
الرقم 4. SEM صورة من السطح العلوي للفيلم ما بعد الترسيب. وتظهر صورة فيلم مع العديد من الحبوب التي يتم ضغط كثافة وأقل بكثير من 0.5 ميكرون الفردية حجم انطلاق الجسيمات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الشكل.

الرقم 5
الرقم 5. SEM صورة من المقطع العرضي للفيلم على الياقوت. وأقحم نسخة مكبرة من المقطع العرضي للفيلم.ghres.jpg "الهدف =" _ فارغة "> اضغط هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
ويظهر الشكل 6. لمحة خطوة التمثيل في الفيلم في الشكل (4) والشكل (6) يبين الاختلاف في سمك عبر 2.25 ملم من 3 مم الطول الكلي للعينة، ويبلغ متوسط ​​سمك 10.93 ميكرون كخط أحمر تتراكب البيانات. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. الرنين المغناطيسية منحنى المشتقة من الفيلم الذي اتخذ في RT. الطيف يصلح بشكل جيد من قبل وظيفة Lorentzian مما يدل على أن الفيلم متجانس موحد. وlinewidال 330 أوي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

الصورة SEM في الشكل (4) يشير إلى أن كسر والتكثيف كبيرا يحدث أثناء عملية الترسيب. يتم أخذ صورة من السطح العلوي للفيلم، مما يدل على عدد قليل من الفراغات والحبوب. المنطقة يمكن ملاحظتها هي الأخيرة للمواد التي تودع وبالتالي لا تستفيد من عملية التأثير والتكثيف مزيد من جزيئات اللاحقة كما يتضح من تأثير من الجسيمات 2 و 3 في الشكل 1. كثافة الفيلم ضمن حجم العينة يمكن أن ينظر إليها من قبل صورة مستعرضة في الشكل (5). هذه الصورة، جنبا إلى جنب مع أقحم التكبير أعلى من المقطع العرضي، ويوفر مزيدا من الأدلة لفيلم كثيفة.

وأكد خشونة موضح في الصورة SEM أيضا كميا في المسح الجانبي. قد يكون راجعا إلى ارتفاع معدل ترسب (1.95 ميكرون / دقيقة) خشونة من هذه الأفلام. فمن الممكن أن الأفلام شكلت أكثرببطء سيمكن الجزيئات لكسر بالكامل والالتزام قبل وصول جزيئات إضافية، ولكن الزيادة في فيلم خشونة قد تكون أيضا ذات الصلة بشكل أساسي إلى زيادة في سماكة الفيلم 21. انخفاض سماكة عبر فيلم تشير إلى أن تدفق الجسيمات في غرفة خلع ليست ثابتة خلال ترسب بأكمله. الأسباب المحتملة يمكن أن تنبع من فقدان مسحوق في الهباء الجوي، التثاقل من المسحوق في قاعدة للغرفة الهباء الجوي، و / أو فلتر انسداد. تجفيف بالكامل والنخل مساحيق وتعديل غرفة الهباء الجوي لهو موضح في الشكل (3) هي الاستراتيجيات التي اتخذت لتحسين والسيطرة على معدل الترسيب وفيلم التوحيد.

الطيف نشرة الهجرة القسرية لهذه العينة إلى أن الفيلم YIG لديه مجال الرنين وlineshape هذا هو الحال في الأفلام YIG الكريستالات التي يزرعها غيرها من التقنيات. وlinewidth من AD أودعت الفيلم هو أوسع إلى حد ما من غيرها من الكريستالات ذكرتأفلام بنحو 100-200 أوي 16. هذا هو الأرجح بسبب نانو البلورية المكياج للفيلم. لاحظ أن الأفلام YIG واحدة من الكريستال لديها linewidth نشرة الهجرة القسرية نموذجية من أقل من 1 أوي حتى بالنسبة للسمك مقارنة 22. منذ هذا الفيلم على غرار جيدا من قبل lineshape Lorentzian يمكن للمرء أن يستنتج أن الفيلم هو موحد وخالية من التشوهات. في هذه الحالة، يمكن أن يعزى توسيع linewidth لعمليات الاسترخاء الجوهرية مثل جيلبرت الملطف و / أو 2-مجنون نثر 18. البيانات الشخصية سمك المنحدرة في الشكل (6) ما يدل على أن معدل الترسيب ليست ثابتة في جميع مراحل العملية، وبالتالي، فإن الفيلم ليس من المرجح أن تكون خالية تماما من التجانس. يحتاج دراسة أكثر تعمقا التي يتعين اتخاذها لتوريط تماما هذه الآليات (انظر أيضا مناقشة في المرجع 3)، وكذلك، والصقل أفضل للنظام AD الحالي. السبب الأكثر احتمالا للتغطية غير موحدة هو أن الهباء الجوي الجنرالerated في غرفة الهباء الجوي يمكن أن تصبح المنضب و / أو مرشح يصبح انسداد. كل من هذه الآثار التي تتسبب في كمية من مسحوق دخول غرفة خلع للحد، وبالتالي يؤدي إلى انخفاض معدل الترسيب.

النتائج الواردة أعلاه تشير إلى ترسب الناجح لفيلم سميكة ما يقرب من 11 ميكرون بمعدل ترسب ما يقرب من 2 ميكرون / دقيقة (لمنطقة 75 ملم 2) استخدام نظام AD وبروتوكول المعروضة هنا. يتكون الفيلم من الحبوب المضغوطة ذات الكثافة والموجهة بشكل عشوائي والتي تكون أصغر بكثير من الجسيمات بدءا نظرا لآليات تأثير، وكسر والتكثيف تشارك في هذه العملية. يظهر الفيلم مقارنة نشرة الهجرة القسرية شكل linewidth والرنين ميدانية لأفلام YIG ذكرت 15-17. الحاجة إلى عمل إضافي لتحسين مراقبة تدفق الكتل الى غرفة خلع لضمان النمو الفيلم أكثر اتساقا.

العمل الحالي جار لزيادة تحسين يخدعsistency من عملية الترسيب. ويجري تطوير التجفيف وغربلة بروتوكولات إضافية للتأكد من أن مسحوق لديه نفس الاتساق في كل شوط. التصاميم هي أيضا جارية لإنشاء وتحسين نظام الترشيح مع أقل انسداد. وهناك إعادة تصميم مدخل فوهة تساعد أيضا في منع مسحوق تجمعت من جمع داخل الرقبة فوهة. مزيد من الدراسات المتعمقة من الخصائص المغناطيسية والهيكلية كما يجري حاليا. وتشمل بعض الدراسات الحالية، وبناء الأفلام طبقة من قبل طبقة إلى فهم أفضل لتغيرات في الخواص المغناطيسية لهذه الأفلام التي أنشأتها ترسيب الهباء الجوي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

SDJ بامتنان بدعم من الجمعية الأمريكية للتعليم الهندسي / NRL برنامج زمالة ما بعد الدكتوراه، والمناقشات مع مؤسسة كونراد تابع بوسمان (NRL) ومينغ تشونغ وو (جامعة ولاية كولورادو) على الخواص المغناطيسية للمواد، ورون هولم (NRL) لدوره في تصميم وتنفيذ نظام AD المختبر الوطني المرجعي.

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

الهندسة، العدد 99، ترسب الهباء الجوي، العقيق الحديد الإيتريوم، والمواد الميكروويف، والمواد الترددات الراديوية، فيلم سميكة، الرنين المغناطيسية، رذاذ الطلاء الباردة، ودرجة حرارة الغرفة، والسيراميك، ومواد متعددة الوظائف، طبقة حديدية، وأكاسيد
تشكيل سميكة الكثيفة الإيتريوم الحديد العقيق أفلام عن طريق الهباء ترسب
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