היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

בתצהיר תרסיס (AD) הוא תהליך בתצהיר סרט עבה שיכול לייצר שכבות עד כמה מאה מיקרומטר עבה עם צפיפות גדולה יותר מ -95% מהכמות הגדולה ^1. הוא האמין תהליך ההדחה להתרחש בתהליך מתמשך של השפעה, שבר או עיוות, הידבקות, וציפוף של חלקיקים. איור 1 מתאר תהליך זה כסדרה של צעדים המראים השפעת חלקיקים וציפוף על פני כמה צעדים. כפי שניתן לראות, החלקיקים לנוע לכיוון המצע עם מהירות אופיינית של 100-500 מ '/ שנייה. כהשפעת חלקיקים הראשוניים עם המצע שהם שבר ולדבוק במצע. שכבת עיגון זה מספקת את ההידבקות המכנית בין המצע לבין הסרט בתפזורת. כהשפעות שלאחר מכן יתרחשו חלקיקי היסוד הם שבר יותר ויותר, דבק, וdensified נוסף. תהליך זה של השפעה מתמשכת, שבר, וציפוף עובד כדי לדחוס את הסרט הבסיסי ואג"ח crystallites ולהפיק סרט עם צפיפות להגיע יותר מ 95% של החומר בתפזורת.

איור איור 1. של תהליך ההדחה. לוח מראה שלושה חלקיקים נעו לעבר המצע עם מהירות אופיינית של 100-500 מ '/ שנייה. הלוח ב 'מראה את התוצאה של השפעה, שבר, והידבקות של החלקיקים הראשונים. לוחות C ו- D להראות את ההשפעה הבאה של החלקיקים השני והשלישי, שקומפקטי נוספת סרט הבסיסי ואג"ח הגבישים. התוצאה היא סרט עם צפיפות גדולה יותר מ -95% מהחומר בתפזורת (לשכפל באישור מהעיון 19). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

היתרון העיקרי של הספירה הוא שdeposition מתרחש כולו בRT הסביבה; וכך לאפשר צמיחת סרט, למשל, של חומר-התכה בטמפרטורה גבוהה (אבקה מתחילה) על מצע-התכה בטמפרטורה נמוכה. השיעור בתצהיר יכול להיות עד כמה מיקרומטרים לדקה ומבוצע בתנאי ואקום מתונים של 1-20 Torr בתא בתצהיר. התהליך מציג את היכולת בהיקף של עד לאזורים בתצהיר גדולים מאוד ובסופו, הוא יכול להפקיד conformally. ²

יש הרבה מערכות חומר שנלמדו על ידי הספירה למגוון רחב של שימושים, כגון סלילים ^3, ציפויי שחיקה עמידה ^{4, 5} piezoelectrics, multiferroics ^{6, 7} magnetoelectrics תרמיסטורים ^8, סרטים ותרמית ^9, חומרים דיאלקטריים גמישים ^10, שתלי רקמות קשים וbioceramics ¹¹ אלקטרוליטים, מוצקים ^12, וphotocatalysts ^13. עבור יישומים למכשירי מיקרוגל, סרטים מגנטיים של severaמאות l של מיקרומטרים בעובי נדרשים שיהיה באופן אידיאלי להיות משולבים ישירות לתוך אלמנטי המעגלים. אתגר אחד למימוש אינטגרציה זו הוא משטר הטמפרטורה גבוהה הנדרש לבודת סרטי פרית (ראה סקירה על ידי האריס et al. ^14), כגון נופך ברזל איטריום (YIG). מסיבה זו הספירה נראית בחירה טבעית למימוש פוטנציאל התקדמות חדשה בטכנולוגית מעגל משולבת מגנטית. הפעולה בעלות נמוכה, שיעור בתצהיר גבוה, והפשטות של הספירה דרבנה ריבית על ידי חוקרים בגרמניה, צרפת, יפן, קוריאה, וכעת בארצות הברית.

איור 2 הוא ציור המתאר את ההתקנה הבסיסית לביצוע בתצהיר תרסיס. לחץ הוא פיקוח במקומות מסומן ע _{AC, DC} P, ו- P _H לתא התרסיס, קאמרי בתצהיר, וראש המשאבה, בהתאמה. זרימת הגז, הנשלטת על ידי הזרימה ההמונית בקר (MFC), נכנסה לתרסיסקאמרי וaerosolizes האבקה. קאמרי בתצהיר נשאב ליצור הבדל הלחץ בין שני התאים, גורם לזרימה של חלקיקים באמצעות מלבני פתיחת נחיר (0.4 מ"מ x 4.8 מ"מ).

איור 2. רכיבים עיקריים במערכת NRL ADM. לחץ הוא פיקוח במקומות מסומן ע _{AC, DC} P, ו- P _H לתא התרסיס, קאמרי בתצהיר, וראש המשאבה, בהתאמה. ראה טקסט לפרטים. (זכויות יוצרים (2014) חברת יפן של פיסיקה יישומית, לשכפל מהעיון 20). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגודל הממוצע של חלקיקי YIG פרט בעבודה זו הוא 0.5 מיקרומטר. ההשפעה של מסכת גורמת אלהחלקיקים קטנים כדי ליצור agglomerates הגדול הרבה יותר שנעים בגודל כ -10 מיקרומטר לכ -400 מיקרומטר. שליטה בשיעור הגודל ומשלוח צבירה היא חיונית להשגת סרט בנוי היטב צפוף. זה מחייב תצורה של תא תרסיס המאפשר בחירת גודל ושטף חלקיקים אחיד לתוך התא בתצהיר. האבקה היא מראש הסתנן כדי להסיר כל agglomerates גדול יותר מ -53 מיקרומטר לפני נטען לתוך תא התרסיס. תצורת תא תרסיס המשמשת בעבודה זו מתוארת באיור 3. גז חנקן נכנס דרך ארבעה חרירי כניסה (שני מוצגים באיור 3) ממוקמים בצדדים התחתון של החדר. גז אינטראקציה עם אבקת YIG (מוצגת בירוק) לייצר תרסיס המורכב מהפצה של חלקיקים מגובבים גדלים פחות מ -53 מיקרומטר. תועמלן בבסיס תא התרסיס עשוי צלחת נירוסטה רטט ללא הרף כדי לשמור על האבקה עובר לזרימת הגז. Agglomerates להשפיע מסנן 45 מיקרומטר, המאפשר agglomerates רק בגודל פחות מ -45 מיקרומטר להיכנס לכניסת הזרבובית. עם כניסתו לנחיר מפרצון agglomerates מואץ למהירות גדולה ונפלט לתוך התא בתצהיר (לא מוצג) כדי לבצע את התצהיר. מוט פלדת אל-חלד המחבר את החלק התחתון של המסנן לבסיס של התועמלן (לא מוצג) כדי לסייע בסינון סתימה-דה.

איור 3. איור של תצורת תא תרסיס הפנימית, עם מסנן, חרירי כניסה, ואבקת YIG לראות. ראה טקסט לפרטים.

דו"ח זה מפרט את ההליך ניסיוני לבצע הספירה באמצעות מערכת שהותקן שתוארה לעיל כדי לייצר סרטים צפופים של YIG. תוצאות נציג לסרט עבה 11 מיקרומטר מיוצר בשיטה זו מוצגות באמצעות scanninמיקרוסקופ אלקטרונים גרם (SEM), פרופילי עובי, ותהודה פרומגנטיים (FMR). התוצאות שהוצגו אינן מיועדות להיות לימוד מעמיק של התכונות מגנטיות או מבנה חומר של הסרט, אלא כהפגנה של הסרטים שהופקו על ידי טכניקה זו. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.