에어로졸 증착을 사용하여 두꺼운 고밀도 이트륨 철 가넷 필름의 형성
Summary
이 보고서는 실온에서 사파이어 기판에 이트륨 철 가넷의 두꺼운 필름의 에어로졸 증착을 수행 할 수있는 맞춤형 시스템의 사용에 대해 설명합니다. 증착 된 필름은 기술의 능력의 대표적인 개요를 제공하는 주사 전자 현미경, 프로파일 로메, 강자성 공명을 특징으로한다.
Abstract
에어로졸 증착 (AD)는 대량의 95 % 이상의 밀도와 두께 수백 마이크로 미터까지의 층을 생산할 수 후막 증착 공정이다. AD의 주요 장점은 증착 상온에서 전적으로 일어난다이다; 따라서 서로 다른 용융 온도를 가진 물질 시스템의 막 성장을 가능하게한다. 이 보고서는 분말을 제조하고 맞춤형 시스템을 사용하여 AD를 수행하기위한 상세 처리 단계를 설명한다. 대표적인 특성 분석 결과는이 시스템에서 성장 영화에 대한 전자 현미경, 프로필 로메, 강자성 공명 검색에서 제공됩니다. 시스템의 기능 개요를 대표로서, 포커스 기재된 프로토콜 및 시스템 설치 다음 샘플 제조에 주어진다. 결과는이 시스템이 성공적으로 하나 5 분간 증착 중에있는 R 11 μm의 두께 이트륨 철 가넷 필름> 벌크 밀도의 90 %를 증착 할 수 있음을 나타낸다유엔. 개선 두께 및 필름의 조도 변동을 에어로졸 입자 선택 나은 제어를 수득하는 방법의 설명이 제공된다.
Introduction
에어로졸 증착 (AD)는 벌크 (1)의 95 %보다 큰 밀도를 갖는 두꺼운 수백 마이크로 미터까지의 층을 생산할 수 후막 증착 공정이다. 증착 프로세스는 충격 파괴 또는 변형, 부착, 및 입자의 고밀도화의 연속 프로세스를 통해 발생하는 것으로 생각된다. 한 여러 단계에 걸쳐 입자 충격 및 고밀도화를 도시하는 일련의 단계로서,이 프로세스를 보여주고있다. 도시 된 바와 같이, 입자 100-500 M / sec의 전형적인 속도로 기판을 향해 이동한다. 기판과 입자의 초기 충격 같이 이들은 골절 및 기판에 부착. 이 앵커 층은 기판과 벌크 막 사이의 기계적 접착 성을 제공한다. 이후의 영향이 발생하는 기본 입자에 부착, 점점 골절, 또한 고밀도 있습니다. 지속적인 영향, 골절, 및 치밀화의이 과정은 기본 필름을 압축하고 크리스탈 블랙 마노를 결합하기 위해 노력tallites는 벌크 물질의 95 % 이상에 도달하는 농도로 필름을 제조하고.
증착 프로세스의도 1의 그림. 패널 100-500 M / sec의 전형적인 속도로 기판을 향해 이동 세 입자를 나타낸다. 패널 B는 제 입자 충격, 골절, 접착력의 결과를 나타낸다. 패널 C 및 D는 두 번째와 세 번째 입자의 후속하는 충격, 더욱 콤팩트하지 막 표시하고 결정자 접합. 결과는 (참고 19에서 허가를 재현) 벌크 재료의 95 % 이상의 밀도 영화이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
AD의 주요한 장점은 depos이고ition 주변 실온에서 완전히 일어난다; 이에 의해 저 융점 발열 기판 상에 고 융점 재료의 온도 (출발 분말)에, 예를 들면, 막 성장을 가능하게한다. 증착 속도는 분당 수 ㎛까지 일 수 있고, 증착 챔버에서 1-20 토르의 온화한 진공 조건 하에서 수행된다. 프로세스는 매우 큰 증착 영역까지 확장하고 마지막으로, 컨 포멀하게 증착 할 수있는 능력을 나타낸다. (2)
인덕터 (3), 내마모성 코팅 (4), 압전체 5 multiferroics 6 magnetoelectrics 7 서미스터 8 열전 필름 9, 유연한 절연막 (10), 단단한 조직 임플란트 바이오 세라믹 등의 광범위한 용도에 대해 AD 의해 연구 많은 재료 시스템이있다 (11), 고체 전해질 (12) 및 광촉매 (13). 전자 장치에 응용 프로그램, severa의 자기 영화두께 마이크로 미터의 L 수백 이상적 회로 기판 요소에 직접 통합 될 것을 요구된다. 이러한 통합을 구현하는 한 가지 과제는 페라이트 필름 제조에 필요한 고온 체제 인 이트륨 철 가넷 (YIG)로서, (해리스 등. (14)에 의해 검토를 참조). 이 때문에 광고는 자기 집적 회로 기술에 잠재적 인 새로운 발전을 실현하기위한 자연스러운 선택이 될 것으로 보인다. 광고의 저비용 운영, 높은 증착 속도, 단순성은 미국에서 현재 독일, 프랑스, 일본, 한국의 연구자에 의해 관심을 촉발하고있다.
도 2는 에어로졸 증착법을 수행하는 기본 설정을 요약 한 도면이다. 압력 P AC, DC P, P와 H는 각각 에어로졸 챔버, 증착 챔버 및 펌프 헤드에 대한 위치에 표시된 모니터링된다. 질량 유량 제어기 (MFC)에 의해 제어되는 가스 유동은, 에어로졸 입사챔버 및 분말을 aerosolizes. 증착 챔버는 사각형 (0.4 mm X 4.8 mm)의 노즐 구멍을 통해 입자의 유동을 일으키는 두 개의 챔버들 사이의 압력 차를 만들 펌핑된다.
그림 NRL ADM 시스템 2. 주요 구성 요소. 압력 P AC, DC P 및 P (H)는 각각, 에어로졸 챔버, 증착 챔버 및 펌프 헤드의 위치에 표시 모니터링합니다. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. (저작권 (2014) 참조 (20)로부터 재생 응용 물리학의 일본 학회). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 작품의 개별 YIG 입자의 평균 크기는 0.5 μm의입니다. 응집 효과는 이러한 원인작은 입자들은 약 10 내지 약 400 μm의 ㎛, 크기가 다양 더 큰 응집체를 형성한다. 덩어리 크기 및 배달 속도의 제어는 조밀 잘 형성된 필름을 달성하는 데 필수적이다. 이는 증착 챔버 내로 사이즈 선택 및 균일 한 입자 플럭스 허용 에어로졸 챔버의 구성을 필요로한다. 분말은 에어로졸 챔버에로드되는 것보다 큰 53 μm의 이전에 어떤 덩어리를 제거하기 위해 사전 체질이다. 이 연구에서 사용 된 에어로졸 챔버 구성은도 3에 도시되어있다. 질소 가스가 챔버의 바닥면에 위치하는 네 개의 유입 노즐 (두 개는도 3에 도시 됨)을 통해 들어간다. 가스는 응집 입자의 분포로 이루어진 에어로졸 미만 53 ㎛의 크기를 생성하기 위해 (녹색으로 표시) YIG 분말과 상호 작용한다. 계속적으로 진동 스테인레스 강판으로 이루어지는 에어로졸 챔버의베이스에 교반기로 이동 분체 유지가스 흐름. 응집은 응집물이 노즐 입구를 입력 미만 45 ㎛의 크기를 수 45 ㎛의 필터를 영향. 노즐 응집체 입구 들어가면 큰 속도로 가속되고 증착을 수행하기 위해 (도시되지 않음)의 증착 챔버 내로 토출. 스테인레스 스틸 막대 드 필터 막힘을 돕기 위해 (도시되지 않음) 교반기의베이스에 필터의 하단을 연결한다.
그림 필터, 입구 노즐, 그림과 YIG 분말 내부 에어로졸 챔버 구성 3. 그림. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오.
이 보고서는 YIG의 조밀 한 필름을 생산하기 위해 위에서 설명한 맞춤형 시스템을 사용하여 광고를 수행 할 수있는 실험 방법에 대해 설명합니다. 이 시스템에서 생산 된 11 μm의 두께 필름 대표 결과 scannin를 사용되게됩니다g 전자 현미경 (SEM), 두께 프로파일 및 강자성 공명 (FMR). 제시된 결과는 자기 특성 또는 필름의 재료 구조에 대한 심층적 인 연구로 구성하지만,이 기술에 의해 생성 된 필름의 데모로.하지 않는 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Protocol
Representative Results
Discussion
그림 4의 SEM 이미지는 큰 골절과 치밀화가 증착 공정 중에 발생하는 것을 나타냅니다. 화상 보이드 입자의 소수를 도시 막의 상면 취해진 다. 도 1에 입자 (2)와 (3)에서 충격에 의해 도시 된 바와 같이 관찰 영역은 후속하는 입자의 추가 충격 치밀화 공정의 이점을 활용하지 못하고, 따라서 증착 될 물질의 마지막이며. 시료의 체적 내의 막 밀도 수 단면의 고배율 삽입과 <str…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SDJ은 감사에서 자신의 파트에 대한 공학 교육 / 연구실 박사후 원정대 프로그램, 물질의 자기 적 성질에 콘라드 Bussmann에 (NRL) 및 Mingzhong 우 (콜로라도 주립 대학)과의 토론, 론 홀름 (NRL)의 미국 협회의 지원을 인정 설계 및 NRL AD 시스템의 구현.
Materials
| 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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