Формирование и исследование магнитных тонкопленочных структур с заданными высокочастотными свойствами

• Автор: Седова, Марина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.13, 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Глава 1. Теоретические и технологические предпосылки создания пленочных, гранулированных и нанокомпозитных структур с высокочастотными свойствами

1.1. Основы теории магнитоимпеданса тонкопленочных структур

1.2. Факторы, определяющие специфику получения и применения тонких магнитных пленок

1.3. Проблемы технологии тонкопленочных магнитных материалов

1.4. Функциональные высокочастотные наноструктурированные

магнитные материалы

Глава 2. Выбор основных материалов и легирующих добавок

2.1. Основные критерии выбора материалов для магнитоимпедансных устройств

2.2. Кристаллические сплавы

2.3. Аморфные сплавы

2.4. Нанокристаллические материалы

2.5. Нанокомпозиты
2.6. Выводы
Глава 3. Технологическая база получения магнитных тонкопленочных и композитных структур
3.1. Используемое технологическое оборудование
3.2. Отработка технологических режимов и изготовление
образцов для исследований

Глава 4. Исследование свойств тонкопленочных элементов: методика эксперимента и аппаратура
4.1. Магнитостатика
4.2. Магнитооптика
4.3. Магнитоимпеданс
4.4. Электронная микроскопия и микрорентгеновский анализ
4.5. Рентгеноструктурный анализ
4.6. Сканирующая зондовая микроскопия
Глава 5. Основные результаты
5.1. Магнитостатические свойства
5.2. Магнитооптические исследования образцов
5.3. Результаты электронно-микроскопических измерений и рентгеноструктурного анализа
5.4. Магнитоимпедансные исследования
5.5. Использование сканирующей зондовой микроскопии
в технологии функциональных материалов
5.6. Выводы
Глава 6. Создание пленочных структур с использованием технологий микроэлектроники
6.1. Технологический маршрут создания тонкопленочных
структур
6.2. Оптимизация магнитостатических характеристик пленок пермаллоя
6.3. Магнитоимпедансные характеристики
6.4. Выводы
Заключение
Приложение
Принятые обозначения
Литература

Тонкие магнитные и нанокомпозитные пленки на основе ферромагнетиков являются основой для создания ряда новых функциональных материалов. Они находят широкое применение в вычислительной технике и автоматике, в оптоэлектронике и высокочастотной технике. На базе магнитных пленок возникла новая отрасль науки и техники - магнитная микроэлектроника. Планарная технология позволяет решать актуальные задачи микроминиатюризации элементной базы и схемотехники ЭВМ. В последнее время широко востребованы высокочувствительные, обладающие хорошим быстродействием датчики слабого магнитного поля. Магнитные сенсоры используются в таких областях, как магнитная запись, автомобильная и промышленная автоматика, промышленная дефектоскопия, системы, используемые в электронном и медицинском приборостроении. Основой для таких датчиков могут являться планарные элементы на основе тонких магнитных пленок, обладающих эффектом гигантского магнитного импеданса (ГМИ), заключающегося в сильном изменении комплексного сопротивления проводника в слабом внешнем магнитном поле [1 - 4]. Тонкопленочные структуры, обладающие заданными высокочастотными (ВЧ) свойствами, также востребованы для создания нового поколения радиопоглощающих материалов и покрытий, обладающих малыми удельным весом и толщиной при высоких значениях магнитной проницаемости в широком частотном диапазоне.
Ранее были созданы аморфные, нано- и поликристаллические магнитные материалы (файнмет, сендаст, пермаллой, сплавы на основе Со и др.), высокочастотные магнитные характеристики которых изменяются в широком диапазоне. Однако, при пленочном варианте применения таких материалов возникает ряд специфических проблем, для решения которых необходимы физические и технологические экспериментальные исследования.

4. Оптимизация параметров технологии для получения
магнитоимпедансных характеристик разработанных тестовых элементов, пригодных для практического использования в качестве сенсоров магнитного поля.
Процесс формирования магнитных пленок осуществляется ионнолучевым или магнетронным распылением мишени из соответствующего сплава. Первичная оптимизация режима нанесения проводится обычно на основе магнитостатических характеристик пленок. Для измерения используются тестовые элементы, представляющие собой диэлектрическую подложку (стекло, ситалл, поликор) с нанесенным на нее через маску или сформированным методом взрывной фотолитографии диском из магнитного сплава диаметром несколько миллиметров. В качестве критерия оптимизации выбрана величина коэрцитивной силы НеЗадача состоит в том, чтобы получить материал со структурой на грани перехода от аморфной к нанокристаллической с минимально возможными напряжениями.
На основании пленок такого магнитного материала и высокопроводящих слоев из алюминия или меди, получаемых электроннолучевым или магнетронным распылением, формируются многослойные тестовые структуры. Топология слоев формируется методом масочной технологии, либо методом фотолитографии.
Необходимо обеспечить достаточную адгезию слоев, чтобы структура обладала достаточной механической прочностью и была устойчива во времени. Это достигается введением дополнительных адгезионных слоев (хром, титан) и (или) введением мягкой ионной очистки каждого слоя перед напылением последующего.
На сформированных структурах измерялся высокочастотный магнитный резонанс. В качестве параметров, применяемых для оценки импедансных характеристик создаваемых структур, могут быть приняты:
Нрез.,