Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок

Изобретение относится к способу получения тонких магнитных наногранулированных пленок. Способ включает последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре с последующим вакуумным отжигом полученной двухслойной пленки. Слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере из смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода при комнатной температуре. На полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия методом низкочастотного магнетронного распыления в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего осуществляют вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки при температуре 700°С. Технический результат заключается в упрощении технологии получения пленок, отсутствует агломерация магнитных наногранул, обеспечении возможности синтеза пленок с магнитными наногранулами заданного размера от единиц до сотни нанометров с малой дисперсностью магнитных наногранул. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологиям получения тонкопленочных материалов, состоящих из наногранул ферромагнитного металла, внедренных в оксидную матрицу, и может применяться для разработки новых функциональных элементов в спинтронике, нанотехнологии, а также для создания элементов магнитной памяти и каталитически активных покрытий.

Известны различные способы получения магнитных наногранулированных (нанокомпозитных) тонких пленок, состоящих из магнитных наночастиц распределенных в немагнитной матрице.

Существует метод получения магнитных нанокомпозитных материалов путем осаждения на подложку изолированных кластеров магнитных наночастиц и покрытия кластеров изолирующим слоем [патент US 8273407 В2, МПК B05D 1/12, B05D 1/36, опубл. 25.09.2012].

Основным недостатком данного изобретения является сложность технологии, включающей в себя специальную трудоемкую подготовку подложек, а также использование методик химического и физического парофазного осаждения, приводящие к высокой себестоимости данного метода.

Известен способ получения наногранулированных магнитных пленок [патент US 7060374 В2, МПК H01F 10/00, H01F 10/32, опубл. 13.06.2006] методом одновременного магнетронного распыления металлической (например, Со, Fe, Ni) и оксидной керамической мишени (например, Al2O3, MgO). При этом формируется наногранулированная пленка с размерами магнитных гранул до 10 нм и оксидной прослойкой 0,5-1,5 нм между ними.

К недостаткам изобретения можно отнести малый диапазон размеров получаемых наногранул и низкую термическую стабильность материала, проявляющуюся в агломерации наногранул при нагреве.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения тонких ферромагнитных пленок Co-ZrO2 с помощью термитной реакции между осажденными на термостойкую подложку слоями оксида кобальта и циркония [V.G. Myagkov, V.S. Zhigalov, L.E. Bykova and others. Thermite sinthesis and characterization Co-ZrO2 ferromagnetic nanocomposite thin films. - Journal of Alloys and Compounds, 2016, 665, c.197-203.]. Недостатком этого способа является сложная технология получения пленки оксида ферромагнитного металла и его более низкая реакционная способность, связанная с большим размером зерна, образующимся при термическом окислении.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения тонких магнитных наногранулированных пленок с заданным размером магнитных наногранул, равномерно распределенных в оксидной матрице.

Техническим результатом данного изобретения является способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок, в котором упрощается технология получения пленок, отсутствует агломерация магнитных наногранул, существует возможность синтеза пленок с магнитными наногранулами заданного размера от единиц до сотни нанометров с малой дисперсностью магнитных наногранул.

Технический результат достигается тем, что в способе получения тонких магнитных наногранулированных пленок, включающем последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре и последующий вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки, новым является то, что слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, при комнатной температуре, на полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия низкочастотным магнетронным распылением в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки выполняют при температуре 700°С.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что слой оксида ферромагнитного металла наносят при комнатной температуре методом высокочастотного магнетронного распыления металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, и полученный двухслойный образец подвергается вакуумному отжигу при температуре 700°С.

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 представлена микрофотография и гистограмма распределения размеров наногранул кобальта для пленки Со-Al2O3 с толщиной исходного слоя Co3O4 15 нм. На фиг. 2 - микрофотография и гистограмма распределения размеров наногранул кобальта для пленки Со-Al2O3 с толщиной исходного слоя Co3O4 80 нм.

Сущность изобретения заключается в проведении металлотермической реакции в тонких двухслойных пленках, состоящих из слоя оксида ферромагнитного металла (Fe2O3, Co3O4, NiO) и слоя металла-восстановителя (Al, Zr, In, Mg, Ti и др.), химически значительно более активного, чем восстанавливаемый металл, при повышенных температурах. Слой оксида ферромагнитного металла получают путем реактивного высокочастотного магнетронного распыления металлической мишени в смеси газов аргон (70%) + кислород (30%) при комнатной температуре. Слой металла-восстановителя также осаждают методом магнетронного распыления, но в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона при комнатной (или ниже) температуре для предотвращения преждевременного инициирования реакции между слоями. Соотношения толщин реагентов определяется стехиометрией химической реакции. Синтез наногранулированных пленок осуществляется методом вакуумного отжига полученной двухслойной пленки при остаточном давлении в камере не ниже 10-6 Торр и температуре, при которой восстанавливается максимально возможное количество ферромагнитного металла в виде наногранул. Для каждого типа магнитных наногранулированных пленок температура отжига ТОТЖ индивидуальна и подбирается экспериментально в процессе исследования реакции (например, для пленок Fe-In2O3 ТОТЖ=250°С, Fe-ZrO2 ТОТЖ=500°С, Со-Al2O3 ТОТЖ=700°С). Время отжига составляет 60 минут. При этом размер магнитных наногранул, формирующихся при вакуумном отжиге, напрямую зависит от толщины исходного слоя оксида ферромагнитного металла. Варьируя толщину можно синтезировать наногранулированные пленки с размером магнитных гранул от единиц до сотни нанометров.

Пример осуществления

Получение наногранулированных тонких магнитных пленок Со-Al2O3

Тонкие пленки Со-Al2O3 изготавливались в следующей технологической последовательности:

1) получение тонкой пленки оксида кобальта Co3O4: тонкая пленка Co3O4 получается путем высокочастотного магнетронного распыления металлической кобальтовой мишени в смеси газов аргон (70%) + кислород (30%) при комнатной температуре, давлении газов в камере порядка 3×10-3 Торр, мощности 100 Вт и скорости напыления порядка 1,3-1,4 нм/мин. В качестве подложки может использоваться любой термостойкий материал, не вступающий в реакцию с материалами пленки (поликристаллический оксид алюминия, кварц, термостойкие стекла, MgO);

2) осаждение слоя алюминия поверх пленки Co3O4 путем низкочастотного магнетронного распыления в атмосфере чистого (99,99%) аргона при комнатной температуре, давлении аргона в камере порядка 3×10-3 Торр, токе 0,1 А и скорости напыления порядка 7 нм/мин;

3) вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки Co3O4/Al при температуре 700°С в течение 60 минут при остаточном давлении в камере порядка 10-6 Торр, необходимый для проведения термитной реакции: 3Co3O4+8Al → 9Со+4Al2O3.

Полученные тонкие магнитные пленки, содержащие наногранулы кобальта, внедренные в матрицу из оксида алюминия изучались на просвечивающем электронном микроскопе НТ-7700 Hitachi при ускоряющем напряжении 100 кэВ. На фиг. 1 видно, что полученный материал содержит наногранулы кобальта, средний размер которых 20 нм, на фиг. 2 - средний размер наногранул 150 нм. Частицы равномерно распределены в оксидной матрице.

Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок, включающий последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре и последующий вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки, отличающийся тем, что слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, при комнатной температуре, на полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия низкочастотным магнетронным распылением в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки выполняют при температуре 700°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлообработке, в частности к СВЧ плазменному реактору, и может найти применение в машиностроении и металлургии при изготовлении изделий с покрытиями, полученными способом плазменного парофазного химического осаждения пленок.

Изобретение относится к технологии изготовления гиромагнитных элементов и может быть использовано I Изобретение относится к технологии изготовления гиромагнитных элементов и может быть использовано для создания гексаферритовых текстурированных пленок для резонансных вентилей и других устройств миллиметрового диапазона.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, полупроводниковым приборам, обладающим чувствительностью к воздействию магнитного поля. Технический результат состоит в повышении чувствительности в микроминиатюрном исполнении.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для использования в качестве активного элемента в таких устройствах волноводного тракта, как управляемые магнитным полем полосовые фильтры, фазовращатели и амплитудные модуляторы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к аустенитному железо-никелево-хромово-медному сплаву, а также его применению в электромагнитных устройствах.

Изобретение относится к способу получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO при низких температурах. Получаемая Mn5Ge3Ox фаза может быть использована в качестве элементов спинтроники.
Изобретение относится к способу формирования нанокристаллического поверхностного слоя на деталях из алюминиевых сплавов (варианты) и может быть использовано для обработки лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия на ортопедические имплантаты из титана и нержавеющей стали, включающему нанесение покрытия на предварительно обработанную поверхность металлического имплантата, при этом поверхность металлических имплантатов из титана и нержавеющей стали подвергают очистке методом ионного травления в герметичной камере, которую предварительно вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, с последующим заполнением камеры аргоном и вакуумированием камеры до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр, а ионное травление выполняют ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 мин, затем на поверхность ортопедических имплантатов из титана и из нержавеющей стали наносят дуальным распылением с двух магнетронных источников антиадгезивное антибактериальное покрытие в виде атомов серебра и углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C, причем используют магнетронный источник углеродной плазмы с мощностью 95-108 Вт, источник атомов серебра с мощностью 2-20 Вт и ионный источник стимулирования процесса нанесения покрытия ионами аргона с энергией ионов инертного газа аргона от 0,1 до 1,5 кэВ, а процесс нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия продолжают в заполненной аргоном и вакуумированной до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр камере, при этом наносят на металлическую поверхность ортопедических имплантатов двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной от 9 до 1180 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра не ниже 99,9% чистоты размером 4,5-9,5 нм со сформированным на их поверхности сплошным покрытием углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых приборов, в частности тепловых приемников.

Изобретение относится к конструкционным изделиям ИК-оптики, обеспечивающим, наряду с основной функцией пропускания излучения в требуемом спектральном диапазоне, защитные функции приборов и устройств от воздействий внешней среды.

Изобретение относится к способу получения эпитаксиальной пленки дисилицида европия на кремниевой подложке и может быть использовано для создания контактов истока/стока в технологии производства полевых МОП транзисторов с барьером Шоттки (SB-MOSFET), а также для создания устройств спинтроники в качестве контакта-инжектора/детектора спин-поляризованных носителей.

Изобретение относится к способу получения тонких магнитных наногранулированных пленок. Способ включает последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре с последующим вакуумным отжигом полученной двухслойной пленки. Слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере из смеси газов, состоящей из 70 аргона и 30 кислорода при комнатной температуре. На полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия методом низкочастотного магнетронного распыления в атмосфере чистого, не менее 99,99, аргона, после чего осуществляют вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки при температуре 700°С. Технический результат заключается в упрощении технологии получения пленок, отсутствует агломерация магнитных наногранул, обеспечении возможности синтеза пленок с магнитными наногранулами заданного размера от единиц до сотни нанометров с малой дисперсностью магнитных наногранул. 2 ил., 1 пр.

Наверх