Способ обработки эпитаксиальных ферритгранатовых пленок

 

Использование: в области магнитной микроэлектроники. Сущность: структуры облучают -квантами Co60 до дозы D = 8107 Гр непрерывно, а по достижении этой дозы - с последующим измерением интервалов полей коллапса через каждые (1,5 - 2,5)107 Гр при мощности дозы облучения PD = 5 - 25 Гр/с до полного подавления жестких цилиндрических магнитных доменов. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к магнитной микроэлектронике, в частности к методам обработки эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок (ЭФГП), и может быть использовано для улучшения их эксплуатационных параметров, а именно: для подавления жестких (твердых) цилиндрических магнитных доменов (ЖЦМД), т.е. для сокращения интервалов полей коллапса o, уменьшения оптического поглощения и повышения термостабильности.

В настоящее время известен способ обработки ЭФГП, в котором для подавления ЖЦМД проводится отжиг пленок в атмосфере азота при T1100oC (см. А.М. Балбашов, А.Я. Червоненкис. Магнитные материалы для микроэлектроники. М. Энергия, 1979, с. 81).

Недостатки этого способа следующие: а) увеличивается поле анизотропии пленки на 31% что неизменно приводит к существенному изменению ширины полосовой доменной структуры и, как следствие, к изменению диаметра ЦМД; б) неизвестно, как изменяются после отжига оптическое поглощение и температура Кюри.

Кроме того, известен способ обработки ЭФГП, в котором подавление ЖЦМД осуществляется с помощью ионной имплантации (см. например, А. Эшенфельдер. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов. М. Мир, 1983, с. 86). Однако и этот способ имеет ряд недостатков: а) способ применим только в том случае, если ЭФГП имеет отрицательный коэффициент магнитострикции; б) ионная имплантация вносит большое количество неконтролируемых радиационных дефектов, которые со временем могут релаксировать, что грозит нестабильностью параметров пленки; в) радиационные дефекты, вносимые имплантацией, ведут к увеличению оптического поглощения и уменьшению температуры Кюри.

Прототипом предлагаемого технического решения является способ обработки ЭФГП -облучением (см. B. Cambon, D. Challeton, D. Mauduit. The influence of neutron and gamma irradiation in bubble garnet films. IEEE Trans. Magn. 1981, V. 17, N6, pp. 2565 2567).

B. Cambon и др. исследовали влияние g-квантов экспозиционными дозами 107 и 108 P на ЭФГП (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 (неимплантированные и имплантированные ионами Ne+ E 110 кэВ, Ф 2 1014 см-2) и рабочие характеристики чипов памяти емкостью 64 кбит, изготовленных на основе этих пленок. Из измеряемых параметров поле коллапса Ho не изменялось как в имплантированных, так и в неимплантированных образцах. Остальные характеристики (характеристическая длина l, намагниченность насыщения 4Ms, коэрцитивная сила Hc, поле эффективной анизотропии Hk и подвижность w) подверглись незначительным изменениям.

Указанные способы обработки ЭФГП используются в основном для изменения окраски минералов, просветления кристаллов в ультрафиолетовой области спектра и не решают задачи подавления ЖЦМД, т.е. сокращения интервала полей коллапса, уменьшения оптического поглощения и повышения температуры Кюри в ЭФГП.

Задача изобретения подавление ЖЦМД, уменьшение оптического поглощения и повышение температуры Кюри ЭФГП.

Способ осуществляется следующим образом. После того, как ЭФГП промыты спиртом, предварительно проводят измерения интервала полей коллапса, спектра пропускания и температуры Кюри в исходном состоянии. Затем структуры помещают в изотопную установку с энергией -квантов Е 1,25 МэВ и облучают до дозы D 8 107 Гр при мощности дозы PD 5 25 Гр/c. По достижении этой дозы пленки промывают спиртом и проводят измерения тех же параметров и сравнивают их со значениями, полученными для пленок в исходном состоянии. Для достижения полного подавления ЖЦМД, уменьшения оптического поглощения и повышения температуры Кюри структуры дальше обрабатывают дозами g-квантов с интервалами в (1,5 2,5)107 Гр с последующими измерениями тех же параметров. Облучение прекращают, когда ЖЦМД полностью подавляются. Как правило, это происходит в интервале доз (1,0 - 3,0)108 Гр. Полное подавление ЖЦМД в ЭФГП всегда сопровождается увеличением коэффициента пропускания структур на 10 20% и температуры Кюри на 4 9 градусов.

Механизм подавления ЖЦМД можно объяснить следующим образом. Когда число вертикальных блоховских линий (ВБЛ) в доменной границе становится достаточно большим (порядка 100 и больше), то они дают заметный вклад в энергию границы, и ЦМД с такими доменными стенками становятся жесткими: поле коллапса для них на 50% выше, чем для нормальных ЦМД.

Облучение ЭФГП g-квантами с энергией Е 1,25 МэВ эквивалентно их внутреннему облучению быстрыми электронами (вторичными электронами) с энергией 1,04 МэВ, возникающими в результате Комптонэффекта и фотоэффекта (см. Физические процессы в облученных полупроводниках. Ответственный редактор Смирнов Л. С. Новосибирск: Наука, 1977, 254 с.). При больших дозах облучения происходит радиационный отжиг ЭФГП. Здесь уже действуют два фактора: вторичные электроны и температура. Поскольку эпитаксиальное наращивание пленок сильно неравновесный термодинамический процесс, то нагревание ЭФГП будет приводить пленки к термодинамическому равновесию. Вторичные электроны будут только стимулировать этот процесс, сообщая ионам решетки некоторую энергию. Характерно, что радиационные дефекты, создаваясь, сразу же будут отжигаться (релаксировать) под действием температуры.

Вторым и, по-видимому, основным механизмом подавления ЖЦМД при больших дозах g-облучения является стимулированная вторичными электронами и температурой диффузия ионов галлия из подложки в тонкий слой магнитной пленки, прилегающий к переходному слою "пленка подложка". Галлий, замещая железо в тетраэдрических позициях, снижает намагниченность в тонком слое. Образуется двухслойная магнитная пленка со 180o доменной границей, свободная от ЖЦМД. ЦМД в основном слое пленки содержат по две ВБЛ и, таким образом, являются нормальными.

Упорядочение кристаллической решетки ЭФГП ведет к увеличению обменной константы, что увеличивает температуру Кюри.

Уменьшение дефектности пленки ведет также к уменьшению оптического поглощения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обладает следующими отличительными признаками.

1. Облучение g-квантами ведут до дозы D 8 107 Гр непрерывно.

2. Облучение по достижении дозы D 8107 Гр ведут порциями доз g-квантов величиной в (1,5 2,5) 107 Гр с последующим измерением температуры Кюри, оптического поглощения и интервалов полей коллапса до полного подавления ЖЦМД.

3. Облучение ведут при мощности дозы PD 5 25 Гр/c.

Использование указанных отличительных признаков для достижения поставленной цели авторам неизвестно.

На фиг. 1 представлены результаты измерения полей коллапса от дозы g-облучения для ЭФГП (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 (толщина пленки h 5,7 мкм). Каак видно из графика, от D 103 Гр до D 9 107 Гр dHo не изменяется. От D 9107 Гр и далее наблюдается резкое падение Ho.. При D 2108 Гр, достигнув максимального уменьшения, интервал полей коллапса при дальнейшем облучении не изменяется. Таким образом, облучение данной феррит-гранатовой пленки -квантами до дозы D 2 108 Гр уменьшает разброс полей коллапса dHo от 3,15 кА/м до 0,25 кА/м (на 92%), т.е. подавляются ЖЦМД.

На фиг. 2 представлены спектры пропускания для этой же структуры в исходном состоянии (1) и по достижении дозы -облучения D 2108 Гр (2). Одновременно с эффектом подавления ЖЦМД можно наблюдать "просветление" пленки на всем интервале волновых чисел. Максимальное просветление (Т 15 17%) наблюдается в интервале 11000 18000 см-1.

Температура Кюри Тc для вышеуказанной пленки по достижении дозы g-облучения D 2108 Гр увеличилась по сравнению с Тc в исходном состоянии на 8 градусов.

Пример 1. Предлагаемое техническое решение реализовалось следующим образом. В качестве объекта подавления ЖЦМД использовались две ЭФГП состава (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 (h 5,4; 7,75 мкм), взятые из разных партий и выращенные по стандартной технологии методом жидкофазной эпитаксии из раствора в расплаве на подложках Gd3Ga5O12 ориентации (111). Источником g -квантов служила изотопная установка УКП-250000 на основе радионуклида Со60 (энергия g-квантов 1,25 МэВ, мощность дозы облучения 15 Гр/c). Интервал полей коллапса dHo измерялся как Ho=Hоп-H01 (где H01 коллапс первого ЦМД, Ноп коллапс последнего ЦМД) магнитооптическим методом (см. Элементы и устройства на цилиндрических магнитных доменах. Справочник. М. Радио и связь, 1987, стр. 30). Точность измерений составляла 1 2 Оптические спектры пропускания ЭФГП снимались на спектрофотометре "Specord-M-40" (точность измерения 0,5). Температура Кюри измерялась магнитооптическим методом как температура перехода структур в немагнитное состояние и фиксировалась по исчезновению доменной структуры. Была достигнута точность 1 К.

Вначале измерялись разброс полей коллапса и температура Кюри, регистрировались спектры пропускания ЭФГП в исходном состоянии. Далее все пленки непрерывно облучались -квантами до дозы D 8107 Гр, после чего проводились контрольные измерения. В дальнейшем все структуры обрабатывались g-квантами с проведением измерений dHo, Т и Tc через каждые (1,5 2,5)107 Гр. Обработка каждой пленки прекращалась при полном подавлении ЖЦМД.

Период контрольных измерений выбран как (1,5 2.5) 107 Гр, исходя из следующих соображений. Если интервал контрольных измерений меньше 1,5107 Гр, то требуемый эффект сохраняется, но менее выражен, а именно: скорость подавления ЖЦМД уменьшается, не всегда удается достичь полного подавления ЖЦМД, значительно уменьшается из-за увеличения числа операций производительность способа. Период контрольных измерений более, чем 2,5107 Гр, приводил к нежелательным изменениям магнитных параметров (уменьшению эффективной анизотропии и увеличению поля коллапса), т.е. существенное влияние оказывали высокая температура и отжиг. Таким образом, исходя из условий точности измерений, производительности и экономичности способа, период контроля интересуемых параметров выбран как (1,5 2,5)107 Гр. Облучение прекращают при полном подавлении ЖЦМД, что достигается, как правило, в интервале доз (1,0 3,0)108 Гр. Дальнейшее облучение пленок нецелесообразно, т.к. может привести к перераспределению ионов Ga3+ и Fe3+ по подрешеткам и, кака результат, к изменению магнитных параметров.

Результаты испытания предлагаемого технического решения приведены в таблице.

Кака видно из таблицы, предлагаемое техническое решение эффективно подавляет ЖЦМД. Полное подавление ЖЦМД сопровождается просветлением пленки и ростом ее температуры Кюри. Магнитные параметры ЭФГП при этом не изменяются (изменения не выходят за пределы ошибки измерения; точность измерения Po и Ho 1 2 Hк 5 7). Обнаруженные эффекты проявили хорошую стабильность на протяжении срока в 1,5 года, благодаря чему предполагаемое изобретение имеет большое практическое значение.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами: позволяет полностью подавлять ЖЦМД; повышает термостабильность ЭФГП на 5 9 градусов; увеличивает оптическое пропускание пленок на 10 15

Формула изобретения

Способ обработки эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок, включающий их облучение j-квантами Со60, отличающийся тем, что облучение до дозы D 8 107 Гр ведут непрерывно, а по ее достижении дозу j-квантов увеличивают порциями (1,5 2,5) 107 Гр при мощности дозы облучения PD 5 25 Гр/с до полного подавления жестких цилиндрических магнитных доменов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к производству фотоприемных устройств, линеек, матриц, МДП-фотодиодов, приборов зарядовой связи и инжекции ИК-диапазона

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фотоэлектронике и может быть использовано для создания многоэлементных ИК-фотоприемников на основе n+/n-p- или n+/p-/p- и МДП-фотодиодов, а также приборов зарядовой связи (ПЗС) или инжекции (ПЗИ)

Изобретение относится к магнитной микроэлектронике, в частности к методам обработки эпитаксиальных монокристаллических пленок ферритов-гранатов (ЭМПФГ), а также приборов на их основе, и может быть использовано для улучшения эксплуатационных параметров последних

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано при изготовлении высокотемпературной сверхпроводниковой (ВТСП) толстопленочной схемы

Изобретение относится к технологии получения ферромагнитных полупроводниковых материалов

Изобретение относится к области электронной промышленности и может быть использовано в технологии микро- и наноэлектроники для получения атомарно-гладких поверхностей и совершенных эпитаксиальных структур на разориентированных поверхностях образцов

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для скрайбирования полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов

Изобретение относится к области материалов полупроводниковой электроники и может быть использовано для создания элементов спинтронных устройств, сочетающих источник и приемник поляризованных спинов носителей заряда в тройной гетероструктуре ферромагнитный полупроводник/немагнитный полупроводник/ферромагнитный полупроводник. Техническим результатом изобретения является создание ферромагнитного полупроводникового материала, обладающего высокой намагниченностью при комнатной и выше температурах в отсутствие внешнего магнитного поля. Ферромагнитный полупроводниковый материал представляет собой ферромагнитную пленку полупроводникового диоксида титана, легированного ванадием в количестве от 3 до 5 % ат. по отношению к титану, имеющую кристаллическую структуру анатаза и выращенную на диэлектрической подложке. Пленка легированного диоксида титана дополнительно имплантирована при комнатной температуре ионами кобальта с дозой (1.3-1.6)·1017 см-2 и сохраняет при температурах не менее 300 К в отсутствие внешнего магнитного поля остаточную намагниченность не менее 70% от величины намагниченности насыщения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к оптике. Способ изготовления дифракционной решетки заключается в формировании на поверхности исходной подложки элементов заданной структуры дифракционной решетки путем ионной имплантации через поверхностную маску, при этом имплантацию осуществляют ионами металла с энергией 5-1100 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию вводимых атомов металла в облучаемой подложке 3·1020-6·1022 атомов/см3, плотностью тока ионного пучка 2·1012-1·1014 ион/см2с в оптически прозрачную диэлектрическую или полупроводниковую подложку. Изобретение обеспечивает возможность изготовления дифракционных решеток на поверхности оптически прозрачных диэлектрических или полупроводниковых материалов, характеризуемых повышенным контрастом в коэффициентах отражения между отдельными элементами решетки, что позволит улучшить их дифракционную эффективность и даст возможность использования как для отраженного, так и для проходящего света. 8 ил., 3 пр.

Изобретение относится к микроэлектронике, оптической и оптоэлектронной технике. Cпособ получения рельефа на поверхности светоизлучающих кристаллов полупроводниковых светодиодов локальными эрозионными воздействиями на поверхность, при этом в соответствии с изобретением, эрозия производится оптико-термическим действием импульсного лазерного излучения, проникающего в кристалл, с глубиной поглощения в кристалле, близкой к глубине эрозии, и длительностью лазерных импульсов, меньшей времени распространения тепловой волны нагревания кристалла на глубину эрозии, причем энергия импульса лазерного излучения не менее приводящей к процессу поверхностного испарения кристалла. Изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности излучения светодиодов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к получению наноструктур на поверхности полупроводника. Способ модификации полупроводниковой пленки согласно изобретению заключается в том, что воздействуют на полупроводниковую пленку непрерывным лазерным излучением с энергией кванта превосходящей ширину запрещенной зоны в диапазоне мощности от 5 до 10 Вт, при диаметре лазерного пучка на поверхности пленки от 30 до 100 мкм, так чтобы интенсивность воздействия не превышала 106 Вт/см2, при сканировании поверхности пленки со скоростью от 40 до 160 мкм/с. Изобретение упрощает технический процесс, не требуется специального оборудования и позволяет охватывать устройства с характерным периодом расположения элементов на поверхности от 100 нм до 1 мкм.8 ил.
Наверх