Изготовление монокристаллических ферритовых пленок - Изготовление пластинчатых магнитопроводов

Тонкие ферритовые магнитные пленки монокристаллической структуры находят широкое применение в качестве элементов для магнитных логических и запоминающих устройств ЭВМ. Ферритовые монокристаллические пленки имеют совершенную кристаллическую структуру, в результате чего они характеризуются малой коэрцитивной силой, хорошо выраженной магнитной кристаллографической ориентацией. Наиболее широкое применение получили монокристаллические ферритовые магнитные пленки с цилиндрическими магнитными доменами (ЦМД), представляющие собой магнитную пленку толщиной 1-10 мкм, полученную на монокристаллической подложке из немагнитного материала. Если отсутствует внешнее магнитное поле, то в пленке возникают полосовые домены с противоположной намагниченностью, при этом площади, занимаемые доменами с противоположной намагниченностью, одинаковы. При подаче внешнего магнитного поля НА, перпендикулярного плоскости пленки, состояние доменов изменится. Часть из них, направление намагниченности которых совпадает с направлением приложенного поля, будет расти, а другая часть с противоположным направлением намагниченности - уменьшаться (стягиваться). При некотором значении НА первые вырастут до пределов пленки, а вторые превратятся в образования небольших размеров цилиндрической формы - цилиндрические магнитные домены. При дальнейшем увеличении напряженности поля диаметр ЦМД постепенно уменьшается и при некотором значении Н вся пленка намагничивается однородно, то есть цилиндрические домены исчезают.

В настоящее время разработаны способы, позволяющие генерировать домены, управлять их перемещением, фиксировать их наличие или отсутствие в заданной точке (т. е. считывать информацию).

Впервые цилиндрические магнитные домены были обнаружены в ортоферритах, имеющих химический состав MeFeO3, где Ме - трехвалентный ион иттрия или редкоземельные металлы. Диаметр ЦМД на монокристаллических пленках ортоферритов составляет около 10 мкм, что ограничивает объем памяти и быстродействие устройств из-за большого размера доменов.

Более перспективными являются монокристаллические пленки с ЦМД на основе феррит-гранатов состава Me3Fe5O12 (где Ме - ион иттрия или редкоземельного элемента), в которых удалось получить размер доменов до 1 мкм.

Для изготовления монокристаллических пленок с ЦМД применяют также ферро-шпинели МgXMn1-xFe2O4 и гексаферриты ВаFe12O19.

Монокристаллические ферритовые пленки получают методом эпитаксиального выращивания из газовой фазы или жидкого расплава на поверхность монокристаллической немагнитной подложки.

Ферритовые монокристаллические пленки выращиваются на подложке, которая должна иметь ту же кристаллическую структуру, что и наращиваемая пленка. При этом качество подложки определяет и качество пленки, так как последняя сохраняет морфологию подложки. Подложка не должна иметь на рабочей поверхности дефектов кристаллического (дислокации и дефекты упаковки) и механического (микротрещин, царапин и т. д.) характера.

На рис.13 представлена схема технологической установки для выращивания ферритовых монокристаллических пленок путем разложений галоидов металлов в парах воды и в соответствующей атмосфере. Чистые безводные галоиды металлов MeCe2, MeCl3 или MeBr2, MeBr3 перемешивают с FeBr3 и помещают в кварцевый тигель 4, который устанавливается в той части кварцевой трубы 6, где находится зона действия основного нагревателя. Температуру подложки 5 измеряют с помощью термопары 3. Смесь соответствующих газов и паров воды нагревается предварительным подогревателем 1. Температура и давление в кварцевой трубе поддерживаются постоянными. Для выращивания монокристаллических ферритовых пленок типа шпинели MeFe2O4 Используют подложки на основе монокристаллов MgTiO3, MgALO4 (титаномагниевая и алюмомагниевая шпинели), а пленки на основе ферритов-гранатов выращивают на немагнитной монокристаллической подложке из галлий-гадолиниевого граната Gd3Ga5O12.

Образование пленки феррита-граната на подложке происходит в результате следующих реакций:

    2 MeX3 + 3H2O > Me2O3 + 6HX 2 FeX3 + 3H2O > Fe2O3 + 6HX 3 Me2O3 +5 Fe2O3 > 2 MeFe5O12,

Где Ме - трехвалентные катионы иттрия или редкоземельных металлов, Х - галогены (Cl, Br).

Для завершения реакции образования ферритовой пленки требуется около 30 мин.

Более совершенные монокристаллические пленки получены методом транспортных реакций (методом близкого переноса). Сущность метода (рис.14) состоит в том, что исходное вещество (феррит, помещенный на держатель 5) с помощью обратимых химических реакций переносится в замкнутом объеме на подложку 1 и эпитаксиально выращивается на ней в виде пленки. Феррит образуется на подложке при относительно низких температурах (600 - 800 ОС). Нагревателем служит платиновая лента 3, а проводниками 4 - молибденовые стержни. Температура измеряется термопарой 2. В качестве газоносителя используется безводный HCl или HBr. Применение внутреннего нагревателя позволяет получить требуемую разность температур между подложкой и исходным веществом при малом расстоянии между ними (доли миллиметра). Это значительно повышает скорость роста пленки, составляющую в среднем около 2 мкм/мин.

Эпитаксиальный способ выращивания пленок из жидкой среды заключается в наращивании на подложку монокристаллического слоя из жидкого раствора. Раствор представляет смесь исходных оксидов (в соответствии с химическим составом выращиваемой пленки феррита-граната) и легкоплавкого растворителя (например, смеси PbO и В2О3), обеспечивающего плавление смеси при относительно низкой температуре (900 - 1000 ОС). Подложка, укрепленная на специальном держателе, погружается в раствор-расплав и выдерживается в нем до наращивания монокристаллической пленки. По истечении расчетного времени держатель с подложкой извлекают из расплава, что позволяет хорошо управлять толщиной эпитаксиального слоя. Полученные пленки контролируют по электромагнитным параметрам и дефектности структуры.

Похожие статьи




Изготовление монокристаллических ферритовых пленок - Изготовление пластинчатых магнитопроводов

Предыдущая | Следующая