浓稠钇铁石榴石薄膜的形成使用气溶胶沉积

气溶胶沉积（AD）是可以制作的层厚度达其密度大于95％的体积为¹的几百微米的厚膜沉积工艺。沉积过程被认为是发生通过冲击，断裂或变形，粘合性，颗粒的致密化一个连续的过程。 图1描述为一系列步骤，表示粒子的影响和致密化过几个步骤这一过程。如图所示，颗粒移动朝向与100-500米/秒的典型速度在衬底。作为最初的粒子撞击与基底断裂，他们坚持到基板。此锚定层提供在衬底和体膜之间的机械粘附力。随后的影响发生了下面的颗粒越来越裂缝，粘附，并进一步致密化。的连续冲击，断裂，并致密化这个过程的工作方式压缩的底层膜和粘接CRYStallites和产生的膜的密度达到大于95％的松散材料。

图1.在沉积过程。图A示出了三个粒子朝着与100-500米/秒的典型速度在衬底。面板B显示了冲击第一粒子的，骨折，和粘附的结果。面板C和D示出了第二和第三颗粒的后续影响，这进一步致密的底层膜和粘接微晶。其结果是密度大于95％的散装材料（从参考19转载许可）的电影。 请点击此处查看该图的放大版本。

AD的主要优点是，depos银行足球比赛完全发生在环境RT;从而使膜生长，例如，高的熔融温度的材料（原料粉末）上的低熔融温度的衬底。沉积速率可高达每分钟几微米和在1-20乇淀积室中的中等真空条件下进行。该过程显示扩展到非常大的沉积区，最后，它可以存保形的能力^。2

有研究了AD，用于各种用途的许多材料系统，例如感应器^3，耐磨涂层^4，压电^{5，multiferroics 6，magnetoelectrics 7}热敏电阻^8，热电膜^9，柔性电介质¹⁰中，硬组织植入物和生物陶瓷^11，固体电解质^12， ​​和光催化剂^13。对于应用到微波器件，Severa的磁性膜需升几百微米的厚度，将理想地被直接集成到电路板的元件。一个挑战实现这一整合是需要用于制造铁氧体膜高温制度（见综述由哈里斯等人 ^14），例如钇铁石榴石（YIG）。出于这个原因，广告似乎是实现潜在的新进展磁集成电路技术的一个自然的选择。低成本的操作指令，高沉积速率和简单性刺激下，研究人员在德国，法国，日本，韩国的兴趣，现在在美国。

图2是绘图概述基本设置进行气溶胶沉积。压力是在位置，分别监测标记P _交流 ，P _直流和P _H为气溶胶腔室，沉积腔室，和泵头。的气流，由质量流量控制器（MFC）的控制，进入气雾剂室和aerosolizes粉末。沉积室被泵来创建两个腔室之间的压力差，通过矩形（0.6毫米×4.8毫米）喷嘴开口使颗粒的流动。

图中的夺标ADM系统2.主要成分。压力处于的位置，分别标有监控P _交流 ，P _DC，和P _H为气溶胶室，沉积室和泵头。详见说明书。 （版权所有（2014）应用物理，从20引用转载的日本协会）。 请点击此处查看该图的放大版本。

在这项工作中的个体的YIG颗粒的平均尺寸为0.5微米。凝聚的效果会导致这些小颗粒，以形成尺寸范围从约10微米至约400微米的大得多的聚集体。团块的尺寸和输送速率的控制是必不可少的，以实现一个密合式膜。这就需要一个气雾室，允许大小选择和均匀的粒子通量到沉积室的结构。该粉末是预筛分以除去大于53微米之前被装入气雾室的任何团块。在这项工作中所用的气溶胶室结构示于图3中 。氮气进入通过四个入口喷嘴（显示了两个在图3中）位于所述腔室的底侧。气体相互作用与YIG粉末（以绿色显示），以产生由凝聚粒子的分布的气溶胶尺寸小于53微米。在气溶胶腔室由不锈钢板连续地振动的基部的搅拌器，以保持粉末移入气流。附聚物撞击一个45微米的过滤器，只允许附聚物尺寸小于45微米，进入喷嘴入口。在进入喷嘴入口的附聚物被加速到一个大的速度和喷出到沉积室（未示出）来执行沉积。不锈钢棒的过滤器的底部连接到搅拌器（未示出）中解除堵塞的过滤器，以帮助的基极。

图3.内部气溶胶室的配置，带过滤器，入口喷嘴，并显示YIG粉末。详见说明书。

这份报告详细的实验程序，使用上述的定制系统产生的YIG的致密薄膜来执行的AD。对于在本系统中产生的11微米厚的膜代表性结果使用scannin呈现克电子显微镜（SEM），厚度轮廓和铁磁共振（FMR）。给出的结果是不打算成为磁性或薄膜材料结构的深入研究，但由于用这种技术生产的薄膜的演示。 请点击此处查看该图的放大版本。