Досліджено процеси кристалізації плівок феритів-гранатів складів Bi2,8Y0,2Fe5O12, Bi2,5Gd0,5Fe3,8Al1,2O12, Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 і Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12, обложених на підкладки ГГГ, ситалла і плівки SiO2. кристалізацію здійснювали відпалом у вакуумі і на повітрі при атмосферному тиску. показана можливість кристалізації плівок з високим вмістом Bi на SiO2 через подслой з низьким вмістом Bi для створення одновимірних магнітофотонних кристалів.

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Шапошников О.М., Бержанський В.Н, Прокопов А.Р., каравайники А.В., Мілюкова Є.Т.


The crystallization processes of RIBS-sputtering iron-garnet films of composition Bi2,8Y0,2Fe5O12, Bi2,5Gd0,5Fe3,8Al1,2O12, Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 and Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 on the GGG, glass ceramics substrates and SiO2 films are investigated. Film crystallization was carried out by annealing in a vacuum as well as in air at atmospheric pressure. It is shown the possibility to crystallize the films with high Bi content on SiO2 films across the film with a low Bi content as sublayer to form the one-dimensional magnetophotonic crystals.


Область наук:

  • нанотехнології

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал

    Вісник Фізико-технічного інституту Кримського федерального університету імені В. І. Вернадського


    Наукова стаття на тему 'КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ плівок ферритов-гранатов, осадження реактивного іонно-проміневої розпилення'

    Текст наукової роботи на тему «КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ плівок ферритов-гранатов, осадження реактивного іонно-проміневої розпилення»

    ?Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського Серія «Фізико-математичні науки». Том 23 (62). 2010 року № 1. Ч. I. С. 146-157

    УДК 537.632

    КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ плівок ферритов-гранатов, осадження реактивного іонно-проміневої розпилення

    Шапошников А.Н.1, Бержанський В.Н.1, Прокопов А.Р.1, каравайники А.В.1,

    Мілюкова Е. Т.1, Голуб В. О.2

    1Тавріческій національний університет ім. В.І. Вернадського, Сімферополь, Україна

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    2 Інститут магнетизму НАН України, Київ, Україна

    E-mail golubCa imag. kiev. ua

    Досліджено процеси кристалізації плівок феритів-гранатів складів Bi ^ Yo ^ Fe ^^, Bi2) 5Gd0) 5Fe3) 8Al1) 2O12, Bi ^ Gd ^ Fe ^ Al ^ O ^ і Bij ^ Y ^ Gd ^ Fe ^ Alo ^ O ^, обложених на підкладки ГГГ, ситалла і плівки SiO2. Кристалізацію здійснювали відпалом у вакуумі і на повітрі при атмосферному тиску. Показана можливість кристалізації плівок з високим вмістом Bi на SiO2 через подслой з низьким вмістом Bi для створення одновимірних магнітофотонних кристалів. Ключові слова: напилені плівки феритів-гранатів, кристалізація, градиентное температурне поле, температура компенсації магнітного моменту.

    ВСТУП

    Одномірні магнітофотонние кристали (1D-MPCs) - структури, що складаються з немагнітних і магнітних компонент, період яких порівняємо з довжиною хвилі електромагнітного випромінювання - є перспективними середовищами для створення на їх основі таких пристроїв магнітооптики, як магнітооптичні модулятори, оптичні ізолятори, високочутливі датчики магнітних полів та інших [1-3]. Як магнітооптичних (МО) шарів в 1D-MPCs, що працюють на ефекті Фарадея, використовуються плівки феритів-гранатів, що володіють високими магнитооптическими (питомий фарадеевского обертання) і оптичними (прозорість) характеристиками у видимій і ближній інфрачервоній областях спектру. Класичними структурами одновимірних магнітофотонних кристалів є так звані мікрорезонаторная структура (резонатор Фабрі-Перо) і періодична багатошарова структура. Мікрорезонаторная структура являє собою одномірний магнітофотонний кристал, центральною частиною якого є МО шар, обрамлений двома діелектричними дзеркалами, що складаються з декількох осередків одновимірного фотонного кристала. Тобто фактично це - фотонний кристал з магнитооптическим дефектом. Періодична багатошарова структура - це періодично розташовані шари фериту-граната і діелектрика.

    На рис. 1 [3] представлені поперечні зрізи структур конкретного виконання, отримані в скануючому електронному мікроскопі: мікрорезонаторная - (Ta2O5 / SiO2 // Bi: YIG / (SiO2 / Ta2O5 / (а) і періодична -

    (В ^ Ю ^ Ю2) 5 / В ^ Ю (Ь). Тут же показані спектральні залежності коефіцієнта пропускання і кута обертання Фарадея цих структур. Унікальними властивостями магнітофотонних кристалів є наявність забороненої зони в спектрах пропускання і посилення МО ефекту Фарадея на резонансної довжині хвилі в мікрорезонаторних кристалах (рис. 1, а) або на краю забороненої зони в періодичних кристалах (рис. 1, б).

    Bi: YIG spacer

    Glass substrate

    COMPO 15 OkV X 30000 1 fl m

    Fused quartz substrate

    COMPO 15.OkV XI 9,000 liJm

    Мал. 1. Мікрорезонаторная (Та205 ^ Ю2,) 5 / В ^ Ю / ^ Ю2 / Та205 / (а) і періодична (В ^ Ю ^ Ю2) 5 / Б ^ Ю (Ь) структури 1D-MPCs і їх спектральні залежності коефіцієнта пропускання і кута фарадеевского обертання [3].

    Одним з методів виготовлення 1D-MPCs є метод осадження складових шарів з парової фази у вакуумі. Плівки феритів-гранатів отримують, в основному, такими методами вакуумного осадження, як реактивне іонно-променеве і високочастотне магнетронного розпилення, а також імпульсна лазерне осадження [3-5]. Кристалізацію плівок здійснюють як в процесі осадження (епітаксіальне нарощування), так і після його закінчення відпалом у вакуумі в присутності кисню або на повітрі при атмосферному тиску.

    Як МО шарів в таких структурах зазвичай використовуються шари вісмут-заміщеного залізо-ітрієві граната ^^ Ю) з вмістом Bi не більше

    1 ат. / Ф.Е. Це обумовлено труднощами здійснення процес кристалізації плівок з великим вмістом Bi на шарах SiO2, кристалізація таких плівок можлива лише на підкладках або плівках зі структурою граната [6]. Це істотно обмежує потенційну можливість отримання 1D-MPCs з великою питомою фарадеевского обертанням (десятки градусів на мікрон у видимій області спектра).

    Мета цієї роботи - відпрацювання технологічних режимів виготовлення плівок феритів-гранатів різного складу з максимальними значеннями кута фарадеевского обертання і коефіцієнта пропускання для подальшого формування на їх основі магнітофотонних кристалів мікрорезонаторного або періодичного типів.

    1. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ І МЕТОДИ

    Плівки феритів-гранатів товщиною 0,08-0,9 мкм отримували методом реактивного іонно-променевого розпилення відповідних мішеней на холодні підкладки гадолиний-галлиевого граната (ГГГ), оптично прозорого ситалла і на плівки двоокису кремнію SiO2 в атмосфері чистого аргону і в суміші аргону і кисню при різних парціальних тисках [7]. Мішені виготовлялися за традиційною керамічною технологією. Склади мішеней були наступні:

    1. Bi2,8Yo, 2Fe5Ol2;

    2. Bi2,5Gdo, 5Feз, 8AluOl2;

    3. Bil, 5Gdl, 5Fe4,5Alo, 5Ol2;

    4. Bil, oYo, 5Gdl, 5Fe4,2 Ацо ^.

    Вибір хімічного складу мішеней визначався необхідністю оптимізації таких характеристик плівок, як величина питомої фарадеевского обертання ВР, намагніченість насичення, коерцитивної сила Нс, температура компенсації Тсотр. і температура Кюрі ТС, коефіцієнт пропускання світла К, коефіцієнт прямокутності петлі магнітного гістерезису До.

    Кристалізацію обложених плівок проводили відпалом у вакуумі в градієнтному температурному полі, в кварцовою трубчастої печі і за допомогою меандрового нагрівача, а також відпалом на повітрі при атмосферному тиску.

    Відпал у вакуумі в градієнтному температурному полі здійснювали при тиску кисню 0,5-0,8 Торр за допомогою лінійного дротяного нагрівача з вольфраму, що забезпечує в діапазоні температур 500 - 600 ° С уздовж довгої сторони плівки від її центру до країв градієнт температури 50 ° С / см (плівка лежала довгою стороною поперек нагрівача). При цьому різні частини однієї і тієї ж плівки розміром 12х8 мм кристалізувалися уздовж її довгої сторони при різних температурах. Це дозволяло на одному і тому ж плівковому зразку створювати різні температурні умови і досліджувати процес кристалізації за допомогою мінімальної кількості зразків.

    Відпал у вакуумі в кварцовою трубчастої печі і за допомогою меандрового нагрівача забезпечував однакову температуру по площі зразків і проводився при тиску кисню 0,5-0,8 Торр в діапазоні температур від 450 до 600 ° С.

    Відпал на повітрі здійснювали при атмосферному тиску в діапазоні температур від 500 до 960 ° С.

    Хімічний склад мішеней і обложених плівок, а також морфологію поверхні плівок досліджували за допомогою растрового електронного мікроскопа РЕМ-106 зі спектрометром енергетичної дисперсії ЕРС-1. Магнітооптичні характеристики (кут фарадеевского обертання ар, 0р, Нс, Тсотр) визначали за допомогою магнітополяриметри на ефекті Фарадея на довжині хвилі 655 нм за виміряним магнитооптическим петель гистерезиса (ПГ). Товщину h і показник заломлення п плівок вимірювали за допомогою поляризаційно-інтерференційного мікроскопа «Вю1аг Р1» за методом двох іммерсіей. Вимірювання на плівках, кристалізованих в градієнтному температурному полі, проводили вздовж лінії температурного градієнта. Оцінку частки гранатової фази в плівках проводили за значенням 9р і змістом вісмуту. Спектри пропускання плівок в діапазоні довжин хвиль від 400 до 750 нм вимірювали спектрофотометром СФ-14. Спектри ФМР вимірювали на частоті 9,3 ГГц на спектрометрі ЕПР Вгікег Elexis Е500.

    2. Результати дослідження та їх обговорення

    Розглянемо результати, отримані при кристалізації обложених плівок феритів-гранатів шляхом відпалу в вакуумі. Відзначимо, що після напилення всі досліджувані плівки мали аморфну ​​структуру і не мали при кімнатній температурі помітними магнітними властивостями.

    На рис. 2 представлено розподіл хімічного складу і ар уздовж довгої сторони кристалізованої плівки В ^, ^ 0,2Ре5012 товщиною 600 нм. На верхній горизонтальній шкалою малюнка показано розподіл температури уздовж плівки, на вставках - петлі гистерезиса, виміряні у відповідних областях плівки.

    т, "з а ,

    540 560 580 600 580 560 540 40 Ч-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1- 1,0

    0-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1- про

    0 2 4 6 8 Ю 12

    , тт

    Мал. 2. Розподіл хімічного складу і ар уздовж довгої сторони кристалізованої плівки В ^, ^ 0,2Ре5012 товщиною 600 нм.

    Присутність Gd і Ga в спектрах обумовлено проникненням електронного променя мікроаналізатора в підкладку. Як видно з малюнка, в центральній частині

    плівки, в місці її найбільшого розігріву, спостерігається зменшення вмісту Bi приблизно в 2 рази і зменшення значення АР приблизно в 4 рази в порівнянні з краями, що свідчить про зменшення частки гранатової фази в цій області. У цьому ж місці спостерігається зростання вмісту елементів підкладки (Gd і Ga) і кисню, що входить до складу підкладки. Зміст Бе і Y уздовж лінії вимірювань змінювалося слабо. Незмінність форми петель гистерезиса і знака АБ уздовж лінії вимірювання говорить про те, що Gd і Ga підкладки при нагріванні до 600 ° С не входять в плівку граната, а зростання їх змісту в цій області плівки обумовлений зменшенням її товщини за рахунок випаровування Bi і утворенням при руйнуванні граната фаз з більшою питомою щільністю, таких як BiFeO3 і В ^ е409.

    Для плівок складу Bi2I5Gdo, 5Fe3I8AllI2O12 спостерігалася більш складна картина: кристалізація приводила до якісного і кількісного зміни складу гранатової фази уздовж лінії температурного градієнта. На рис. 3 представлено розподіл хімічного складу і АБ уздовж довгої сторони кристалізованої плівки, а на вставках - петлі гистерезиса, виміряні у відповідних областях плівки.

    т, ° з

    Мал. 3. Розподіл хімічного складу і АБ кристалізованої плівки Bi2I5Gd0I5Fe3I8AllI2O12 товщиною 900 нм. Масштаб «лівої» ПГ в центральній області плівки по АБ збільшений в 3 рази.

    У порівнянні з плівкою В12 ^ 0,2Бе5012 зміст Bi в центральній частині плівки Bi2I5Gd0I5Fe3I8AllI2O12 в зоні її найбільшого розігріву зменшувалася лише на 20%. У цій же області спостерігалося підвищення вмісту Gd і кисню. Характерною особливістю є розподіл Fe: воно, як і Gd, розподілено в «протифазі» з Вь Слабкий сигнал від Ga і А1 не дозволив помітити їх скільки-небудь істотної зміни уздовж лінії вимірювання.

    Петлі гістерезису в цій області були зворотні, характеризувалися меншою інтенсивністю і меншими значеннями коефіцієнта прямокутності, ніж на краях плівки. Це свідчить про те, що в зоні найбільшого розігріву відбувалося утворення гранатової фази іншого в порівнянні з тими, що оточують

    областями складу, що характеризується зниженим вмістом Bi і підвищеним вмістом Gd. У зонах меншого розігріву плівки знак ар відповідав складу граната з переважним вмістом Вь

    Результати експерименту з відпалу в градієнтному температурному полі були використані нами при виборі режимів кристалізації плівок в вакуумі в однорідному температурному полі відпалом в кварцовою трубчастої печі і за допомогою меандрового нагрівача. Однак, отжиг у вакуумі дозволив нам досягти значень 0F, що не перевищують 3,1 і -2,8 / мкм для плівок В ^, ^ 0,2Ре5012 і Bi2,5Gd0,5Fe3,8Al1,2O12, відповідно, що було нижче літературних даних для плівок близьких складів. Мабуть, це стало наслідком технічних складнощів створення у вакуумній камері більшого тиску кисню при відпалі. Крім того, нам не вдалося здійснити кристалізацію МО шарів у вакуумі на шарах діелектриків, зокрема на Si02.

    Для створення 1D-MPCs з великими значеннями 6р необхідно було вирішити технологічну задачу кристалізації МО шарів з великим вмістом Bi (аж до чистого залізо-вісмутового граната У ^ е5012) на діелектричних шарах, зокрема на Si02. Таке завдання було вирішене нами шляхом використання в якості МО шару двошарової плівки. Нижній шар, що наноситься і кристалізується на Si02, представляв собою плівку з низьким вмістом Bi складу Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12, на неї наносилася і кристалізувалася плівка з високим вмістом Bi складу В ^, ^ 0,2Ре5012 або плівка складу Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12. Кристалізація здійснювалася відпалом окремо кожної з напилених МО плівок на повітрі при атмосферному тиску. Для вибору оптимального діапазону температур кристалізації одні і ті ж зразки плівок ВЬ ^^^ е ^ і і Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12, напилених на положки ГГГ, і плівок Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12, напилених на положки оптичного термостійкого ситалла і плівки Si02, кристалізувалися в діапазоні температур від 500 до 960 ° С.

    На рис. 4 представлені залежності від температури відпалу Те. для плівок трьох складів. Тут же показані петлі гистерезиса при деяких Те. Як видно з графіка на рис. 4, кристалізація плівок з меншим вмістом Bi починається при більш високих температурах (на 50 ° С). Максимальні значення в плівках складів У ^^^ е ^ п і Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 досягаються при Те. = 680 ° С і складають, відповідно -5,5 і -3,5 ° / мкм. Зауважимо, що для кристалізації плівок відпалом на повітрі потрібні температури на 80-100 ° С вище, ніж при кристалізації в вакуумі.

    Подальший нагрів плівок обох складів призводить до зменшення частки гранатової фази в них, а при Те. > 960 ° С відбувається повне руйнування гранатової фази в плівках складу В ^^^^ е ^^.

    Особливістю залежності 0F від температури відпалу для плівки складу Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 є наявність температури відпалу Те. = 900 ° С, при якій в плівках спостерігається компенсація магнітного моменту при кімнатній температурі і відповідна зміна знака 0F. Це обумовлено, як і при відпалі у вакуумі, відносним зменшенням вмісту Bi і зростанням змісту Gd

    при високих температурах відпалу і, можливо, процесами дифузії іонів А13 + по окта- і тетра-підгратках граната [7].

    Мал. 4. Залежність 0? від температури відпалу зразків складів У ^, ^ 0,2Ре5О12 (1), Bi1,5Gd1,5Fe4,5A10,5O12 (2) і Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 (3), напилених на ГГГ, і В ^, 0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12, напилених на ситалл (4).

    Плівки складу Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12, напилені на положки ГГГ в діапазоні температур відпалу від 700 до 800 ° С кристалізуються з утворенням шарів з максимальним значенням в ^ - = -1,9 ° / мкм. Спонтанне зародження полікристалічної феррит-гранатових фази при напиленні на підкладки ситалла і плівки SiO2 відбувається при Те. = 650 ° С, а максимальне значення вf = -0,9 ° / мкм досягається при Те. = 680 ° С.

    Таким чином, з представлених даних видно, що оптимальною температурою відпалу при кристалізації плівок всіх складів є температура 680 ° С.

    На рис. 5, 6 представлені залежності коерцитивної сили Нс від Те. для плівок всіх трьох складів. Видно, що для плівки складу В ^^ 0, ^ е5012 (рис. 5) Нс зменшується з ростом Те., Що обумовлено зняттям напружень в плівці в кожному

    Мал. 5. Залежність Нс від температури відпалу зразків складів У ^^^^ е ^ п (а) і Bi1,5Gd1,5Fe4,5A10,5O12 (б), напилених на підкладки ГГГ.

    наступному циклі відпалу. Зростання Нс з ростом Те. для плівки складу Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 обусловнен, мабуть, як і в разі кристалізації в градієнтному температурному полі, освітою гранатової фази зі зростаючим вмістом Gd і збільшується внаслідок цього значенням Тсотр .. Максимальне значення Нс = 800 Е досягається при 900 ° С, при такій температурі відпалу їх Тсотр. лежить поблизу кімнатної температури.

    600 700 800 900 1000 Те., "С

    Мал. 6. Залежність Нс від температури відпалу зразків складу Bi1) 0Y0,5Gd1) 5Fe4,2Al0,8O12, напилених на підкладки ГГГ (а) і ситалла (б).

    Для плівок складу Bi1) 0Y0,5Gd1) 5Fe4,2Al0,8O12 (рис. 6) спостерігається явно виражена залежність Нс від матеріалу положки. При температурах відпалу до 900 ° С Нс слабо залежить від Те. для плівки на ГГГ. Для плівки на Сіталл залежність Нс від Те. являє собою криву, що повторює залежність aF від Те., з максимальною Нс = 1700 Е при Те. = 800 ° С. Падіння aF і Нс при Те. > 800 ° С обумовлено руйнуванням гранатової фази через взаємодію з підкладкою ситалла.

    Експерименти з дослідження ФМР в плівках складу Bi15Gd15Fe4,5Al0,5O12, напилених на ГГГ, дозволили зробити висновок про їх кристалічній структурі. На рис. 7 представлені азимутальні залежності інтенсивності і ширини лінії ФМР при вимірюванні в площині плівки, отожженной при 680 ° С. Зазначені залежності свідчать про монокрісталлічності плівок, яка проявляється в кубічної симетрії, характерної для площині (111) [8, 9]. Підтвердженням цьому служить і досягнуті максимальні значення 6F = -3,5 ° / мкм в таких плівках. Деяка асиметрія резонансних характеристик в площині плівки пов'язана з можливою разориентация площині (111) щодо нормалі до плівки.

    На рис. 8 представлені фотографії поверхонь плівок Bi15Gd15Fe4,5Al0,5O12, напилених на підкладки ГГГ і відпалених при різних температурах. Видно, що на поверхні плівок присутні світлі області, кількість яких зменшується з ростом Те., При цьому відбувається збільшення 0F (рис. 4, 2). Згідно з даними микроанализа, світлі області збагачені вісмутом. Тому, зростання 0F і

    2000-,

    зменшення кількості світлих областей означає позитивну динаміку освіти гранатової фази з високим вмістом Вь Зменшення кількості

    Мал. 7. Залежності інтенсивності лінії ФМР (вгорі) і резонансного поля (внизу) від азимутального кута при обертанні в площині плівки В ^, 5 Gd1,5Fe4,5Al0,5O12, отожженной при 680 ° С.

    світлих областей після 680 ° С з одночасним зменшенням 0F може бути обумовлено, як і в разі кристалізації в вакуумі, початком освіти гранатової фази іншого складу, що характеризується зниженим вмістом Bi і підвищеним вмістом Gd.

    650 ° С

    680 ° С

    720 ° С

    Мал. 8. Поверхні плівок Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12, напилених на підкладки ГГГ і відпалених при різних температурах.

    Після знаходження оптимальних режимів осадження і кристалізації магнитооптических шарів виготовлялися такі тришарові структури:

    1) ситалл / SiO2 / Bil) oYo, 5Gdl) 5Fe4,2Alo, 8Ol2 / Bi2,8Yo, 2Fe5Ol2;

    2) ситалл / SiO2 / Bil) oYo) 5Gdl) 5Fe4) 2Alo) 8Ol2 / Bil) 5Gdl) 5Fe4) 5Alo) 5Ol2.

    Всі верстви осідали на холодні підкладки. Шар Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 після напилення на шар SiO2 кристалізувався на повітрі при атмосферному тиску при Те. = 680 ° С протягом 20 хв. Потім на нього наносився шар В ^^ 0, ^ е5012 або Bi1,5Gd1,5Fe4,5A10,5O12 і кристалізувався при тих же умовах.

    ПГ плівок Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 на Сіталл, ВЬ, ^ 0, ^ е5012 на ГГГ і структури ситалл / SЮ2 / Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 / Bi2,8Y0,2Fe5O12 представлені на Мал. 9. ПГ структури (рис. 9, в) схожа з ПГ одношарової плівки У ^^ 0, ^ е5012 (рис. 9, б) і не проявляє жодних ознак поділу на шари, що свідчить про те, що феррімагнітниє шари в структурі пов'язані обмінною взаємодією.

    |0,9 -'-'-'-'-'-'-'-'-

    -2,0 -1,6 -1,4 -0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

    Мал. 9. ПГ плівок Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 на Сіталл (а), В ^^ 0, ^ е5012 на ГГГ (б) і структури ситалл /? Ю2 / В11 ^ о ^ а1 ^ е4,2А1о, 8012 / Ш2 ^ о ^ е5012 (в).

    Для плівок Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 і В ^^ 0, ^ е5012% склав -0,1 і -0,70 °, відповідно. Це відповідає значенням -1,1 і -4,8 ° / мкм. Для структури ситалл / SЮ2 / Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 / Bi2,8Y0,2Fe5O12 aF = -0,80 °, що відповідає вf = -3,8 ° / мкм. Це нижче, ніж для одиночного шару В ^^ 0, ^ е5012, нанесеного на підкладку ГГГ (-4,8 ° / мкм).

    Для структури ситалл / SЮ2 / Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 / Bi1,5Gd1,5Fe4,5A10,5O12 вf склав -3,0 ° / мкм, що також трохи нижче, ніж для одиночного шару Bi1,5Gd1, 5Fe4,5A10,5O12 на підкладці ГГГ (-3,5 ° / мкм). Зменшення 0F структури в порівнянні з окремих шарів ВЬ, ^ 0, ^ е5012 або Bi1,5Gd1,5Fe4,5A10,5O12 на ГГГ відбувається за рахунок шару Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2A10,8O12 з малим значенням вf.

    ВИСНОВКИ

    1. Досліджено умови кристалізації магнітоактівних компонентів магнітофотонних кристалів, одержуваних методом реактивного іонно-променевого розпилення на монокристалічних (ГГГ), полікристалічну (ситалл) і аморфну ​​(SiO2) підкладки. Показано, що на підкладках ГГГ кристалізація плівок відбувається у вигляді монокристалічних шарів.

    2. Показано, що найвищі значення питомого фарадеевского обертання в структурі ситалл / SiO ^ MO шар можуть бути реалізовані шляхом використання в якості МО шару двошарової плівки з послідовно загрожених і кристаллизуемой плівок фериту-граната з низьким і високим вмістом вісмуту. Визначено оптимальні умови синтезу таких структур: режими напилення, температура, тривалість і атмосфера кристалізації.

    3. Показано, що в плівках феритів-гранатів з Bi, Gd, Al-заміщеннями на підкладках ГГГ за допомогою зміни температури відпалу можна управляти значенням температури магнітної компенсації, а, отже, і відповідними магнітними параметрами.

    Список літератури

    1. Magnetophotonic crystals - a novel magneto-optic material with artificial periodic structures / M. Inoue, H. Uchida, K. Nishimura, P.B. Lim // J. Mater. Chem. - 2006. - V. 16. - P. 678-684.

    2. Properties of one-dimensional magnetophotonic crystals for use in optical isolator devices / H. Kato, T. Matsushita, A. Takayama et al. // IEEE Trans. Magn. - 2002. - V. 38, No. 5. - P. 3246-3248.

    3. Magnetophotonic crystals / M. Inoue, R. Fujikawa, A. Baryshev et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2006. -V. 39. - P. R151-R161.

    4. Magnetic properties of Bi3Fe5O12 garnet / T. Okuda, T. Katayama, H. Kobayashi, N. Kobayashi // J. Appl. Phys. - 1990. - V. 67, No. 9. - P. 4944-4946.

    5. Kahl S. Enhanced Faraday rotation in all-garnet magneto-optical photonic crystal / S. Kahl, A.M. Grishin // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V. 84, No 9. - P. тисячі чотиреста тридцять вісім - 1440.

    6. Effect of substrate on growth of Bi-Fe-oxide films by reactive ion beam sputtering / K. Satoh, T. Okuda, H. Yamamoto et al. // IEEE Trans. J. Magn. Japan. - 1990.- V. 5, No. 12. - P. 1141 - 1146.

    7. Synthesis and properties of substituted ferrite-garnet films for one dimensional magnetophotonic crystals / V.N. Berzhansky, A.V. Karavainikov, E.T. Milyukova et al. // Functional Materials. - 2010. - V. 17, No. 1. - P. 120-126.

    8. Зюзін А.М. Вплив магнітної кубічної анізотропії на кутові залежності резонансного поля в (111) -орієнтуватися плівках / А.М. Зюзін, В.В. Радайкін // ЖТФ. - 1998. - Т. 68, № 11. - С. 118-120.

    9. Структура і властивості напилених плівок залізо-ітрієві граната / В.Ф. Шкарів, Є.І. Миколаїв, В.Н. Саяпин і ін. // ФТТ. - 2005. - Т. 47, вип. 6. - С. 1071-1074.

    Шапошшков О.М. Крісталiзацiя MiBOK ферит! В-гранат1в, осадженим реактивним юнно-променево розпіленням / О.М. Шапошшков, В.Н. Бержанській, А.Р. Прокопов, А.В. Каравайшков, О.Т. Мшюкова, В.О. Голуб // Вчеш записки Тавршського національного ушверсітету iм. В 1. Вернадського. Серiя: Фiзіко-математічнi науки. - 2010. - Т. 23 (62), № 1. Ч. I. -С. 146-157.

    Дослщжено процеси крісталiзацп плiвок феріів-грана ™ складiв Bi2,8Y0,2Fe5O12, Bi2,5Gd0,5Fe3,8Al1,2O12, Bi1,5Gd1,5Fe4,5Al0,5O12 і Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12, осадженим на тдкладкі ГГГ, сіталу i плiвкі SiO2

    методом реактивного юнно-променево розпілення. Крісталiзацiю здiйснювалі вщпалюванням у BaKyyMi i на повiтрi при атмосферному тиску. Показано можлівють крісталiзащi плiвок з високим вмютом Bi на SiO2 з через тдшар з низьких вмiстом Bi для создания одновімiрніх магнiтофотонніх крісталiв.

    Ключовi слова: напілеш пл1вкі феріт1в-гранат1в, крістал1защя, град1ентне температурне поле, температура компенсацп магштного моменту.

    Shaposhnikov A.N. Crystallization of RIBS-iron garnet films / A.N. Shaposhnikov, V.N. Berzhansky, A.R. Prokopov, A.V. Karavainikov, E.T. Milyukova, V.O. Golub // Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. - Series: Physics and Mathematics Sciences. - 2010. - Vol. 23 (62), No. 1. P. I. -P. 146-157.

    The crystallization processes of RIBS-sputtering iron-garnet films of composition Bi2,8Y0,2Fe5O12, Bi2,5Gdo, 5Fe3,8Al12O12, Bi ^ Gd ^ Fe ^ Al ^ O ^ and Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 on the GGG, glass ceramics substrates and SiO2 films are investigated. Film crystallization was carried out by annealing in a vacuum as well as in air at atmospheric pressure. It is shown the possibility to crystallize the films with high Bi content on SiO2 films across the film with a low Bi content as sublayer to form the one-dimensional magnetophotonic crystals.

    Keywords: RIBS-sputtering iron-garnet films, crystallization processes, gradient temperature field, magnetic moment compensation point.

    Надійшла до редакції 14.04.2010 р.


    Ключові слова: Напилення ПЛІВКИ ферритов-гранатов /КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ /Градієнтні температурне поле /ТЕМПЕРАТУРА КОМПЕНСАЦІЇ МАГНІТНОГО МОМЕНТУ /RIBS-SPUTTERING IRON-GARNET FILMS /CRYSTALLIZATION PROCESSES /GRADIENT TEMPERATURE FIELD /MAGNETIC MOMENT COMPENSATION POINT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити