Bildung starker dichter Yttriumeisengranat Films Mit Aerosol Deposition

Aerosolabscheidung (AD) ist ein Dickschichtabscheidungsverfahren, die Schichten bis zu einigen hundert Mikrometern Dicke mit Dichten von mehr als 95% der Groß ¹ produzieren kann. Das Abscheidungsverfahren wird angenommen, dass durch einen kontinuierlichen Prozess der Wirkung, Bruch oder Verformung, Adhäsion, und Verdichtung der Partikel auftreten. Figur 1 zeigt diesen Vorgang als eine Reihe von Schritten, die aufprallende Teilchen und Verdichtung in mehreren Schritten. Wie gezeigt, bewegen sich die Teilchen auf das Substrat mit einer typischen Geschwindigkeit von 100-500 m / sek. Als Anfangspartikel Auswirkungen mit dem Substrat sie brechen und sich an dem Substrat. Diese Verankerungsschicht die mechanische Haftung zwischen dem Substrat und dem Schütt Film. Als Folgewirkungen auftreten, die zugrunde liegenden Teilchen zunehmend gebrochenen, eingehalten und weiter verdichtet. Dieser Prozess der kontinuierlichen Auswirkungen, Bruch, und Verdichtung arbeitet, um den darunterliegenden Film zu verdichten und binden die crystallites und erzeugen eine Folie mit einer Dichte erreichte mehr als 95% des Schüttgutes.

Abbildung 1 Abbildung des Abscheideprozesses. Tafel A zeigt drei Teilchen sich in Richtung des Substrats mit einer typischen Geschwindigkeit von 100-500 m / sek. Tafel B zeigt das Ergebnis der Auswirkung, Bruch und Haftung der ersten Teilchen. Felder C und D zeigen die nachfolgende Wirkung der zweiten und dritten Partikel, die noch kompakter die darunterliegende Folie auftragen und die Kristallite. Das Ergebnis ist ein Film mit einer Dichte von mehr als 95% des Grundmaterials (mit Genehmigung nach Lit. 19 wiedergegeben). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Der Hauptvorteil ist, dass die AD DEPOSition erfolgt ausschließlich bei Umgebungs RT; wodurch das Filmwachstum, zum Beispiel aus einem hochschmelzenden Temperaturmaterial (Ausgangspulver) auf einen niedrigen Schmelztemperatur Substrat. Die Abscheidungsrate kann bis zu mehrere Mikrometer pro Minute und bei mäßigen Vakuum von 1-20 Torr in der Abscheidungskammer durchgeführt. Der Prozess zeigt die Skalierbarkeit bis zu sehr großen Ablagerungsbereiche und schließlich, es konform hinterlegen. ²

Es gibt viele Materialsysteme für eine Vielzahl von Anwendungen untersucht von AD, wie Induktivitäten ^3, abriebfeste Beschichtungen ^4, Piezoelektrika ^5, multiferroischen ⁶ magnetoelectrics ⁷ Thermistoren ^8, thermo Folien ^9, flexible Dielektrika ^10, Hartgewebeimplantate und Biokeramiken ^11. Festelektrolyten ¹² und ¹³ Photokatalysatoren. Für Anwendungen, die auf Mikrowellengeräte, Magnetfilme von several hundert Mikrometern Dicke erforderlich, die idealerweise direkt in die Leiterplatte integriert Elemente würden. Eine Herausforderung für die Realisierung dieser Integration ist die Hochtemperatur-Regelung für die Herstellung Ferritfilme erforderlich (siehe Review von Harris et al. ^14), wie Yttrium-Eisen-Granat (YIG). Aus diesem Grund AD scheint eine natürliche Wahl für die Realisierung potenzieller neuer Fortschritte in der magnetischen integrierten Schaltungstechnologie. Die Low-Cost-Betrieb, hohe Abschmelzleistung und Einfachheit der AD hat das Interesse von Forschern in Deutschland, Frankreich, Japan, Korea in den USA vorangetrieben, und jetzt.

Abbildung 2 ist eine Zeichnung, umreißt die Grundeinstellung zu Aerosolabscheidung durchzuführen. Druck wird an den Stellen P _AC, P _DC, und P _H für die Aerosolkammer-Abscheidungskammer und Pumpenkopf überwacht markiert sind. Der Gasfluss durch die Massendurchflussregler (MFC) gesteuert wird, tritt in die AerosolKammer und aerosolizes das Pulver. Die Abscheidungskammer gepumpt wird, um den Druckunterschied zwischen den beiden Kammern zu schaffen, wodurch der Fluss der Teilchen durch die rechteckig (0,4 mm x 4,8 mm) Düsenöffnung.

Figur 2. Hauptkomponenten im NRL ADM-System. Der Druck wird an den Stellen P _AC, P _DC, und P _H für die Aerosolkammer-Abscheidungskammer und Pumpenkopf überwacht markiert sind. Details siehe Text. (Copyright (2014) Die Japan Society of Applied Physics, von Reference 20 wiedergegeben). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Die Durchschnittsgröße eines einzelnen Partikels YIG in dieser Arbeit ist 0,5 um. Der Effekt der Agglomeration bewirkt, dass diesekleine Partikel wesentlich größeren Agglomeraten, die in der Größe von etwa 10 um bis etwa 400 um reichen bilden. Die Steuerung der Agglomeratgröße und Förderleistung ist wesentlich für das Erreichen eines dichten wohlgeformten Film. Dies macht die Konfiguration einer Aerosolkammer, die Größenwahl und einheitlichen Partikelfluss in die Abscheidungskammer ermöglicht. Das Pulver vorgesiebt, um Agglomerate grßer als 53 um, bevor es in der Aerosolkammer geladen zu entfernen. Der Aerosolkammerkonfiguration in dieser Arbeit verwendet, ist in Fig. 3 dargestellten Stickstoffgas tritt durch vier Einlaßdüsen (zwei sind in 3 gezeigt) an den unteren Seiten der Kammer befindet. Das Gas in Wechselwirkung mit der YIG Pulver (grün) zu erzeugen ein Aerosol aus einer Verteilung von agglomerierten Teilchen bestehen Größen von weniger als 53 um. Ein Rührwerk an der Basis der Aerosolkammer von einer Edelstahlplatte wird kontinuierlich in Schwingung versetzt, um die Pulver in Bewegung bleibender Gasstrom. Die Agglomerate beeinflussen einen 45 um-Filter, so dass nur Agglomerate Größe von weniger als 45 & mgr; m, um den Düseneinlaß geben. Beim Eintritt in den Düseneinlaß die Agglomerate zu einer großen Geschwindigkeit beschleunigt und ausgestoßen, in die Beschichtungskammer (nicht gezeigt), um die Abscheidung auszuführen. Ein Edelstahlstab mit den Boden des Filters mit der Basis des Rührers (nicht gezeigt), in de-Verstopfung des Filters zu unterstützen.

Abbildung 3. Abbildung des internen Aerosolkammer-Konfiguration, mit Filter, Einlaufdüsen und gezeigt YIG-Pulver. Siehe Text für Details.

Dieser Bericht beschreibt die experimentelle Verfahren zur AD mit dem oben beschriebenen maßgeschneiderte System dichte Filme von YIG produzieren durchzuführen. Repräsentative Ergebnisse für einen in diesem System produziert 11 um dicke Folie verwenden handli vorgestelltg Elektronenmikroskopie (SEM), Dickenprofile und der ferromagnetischen Resonanz (FMR). Die vorgestellten Ergebnisse sollen nicht eine eingehende Untersuchung der magnetischen Eigenschaften bzw. Materialstruktur des Films, sondern als eine Demonstration der mit dieser Technik hergestellten Folien. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.