Способ получения тонкой пленки феррита стронция SrFeO3-(

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ ФЕРРИТА СТРОНЦИЯ 3(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Гурский Леонид Ильич Голосов Дмитрий Анатольевич Каланда Николай Александрович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(56)..- 2002.- . 80.-4 622-624.2324 1, 1998.839405 1, 1991.5263240 , 1993.9194293 , 1997.2734774 , 2005. КАЛАНДА Н.А. и др. Доклады БГУИР.- 2006.-2(14).- . 118-126. Двухлучевой источник ионов для двойного ионно-лучевого распыления,2007.01.05. Найдено на /////273/.(57) Способ получения тонкой пленки феррита стронция 3-, включающий изготовление мишени состава 3-, распыление материала мишени и напыление пленки 3- на подложку, отличающийся тем, что используют двухлучевой ионный источник, формирующий два независимых ионных пучка, одним из которых осуществляют предварительную ионную очистку подложки и мишени и ионное ассистирование, а вторым - реактивное ионно-лучевое распыление материала мишени, напыление пленки 3- на подложку осуществляют в окислительной среде ионами кислорода с одновременной бомбардировкой ионами 2 напыляемой пленки 3-. Изобретение относится к твердотельной микро- и наноэлектронике и может быть использовано для различного вида сенсоров, кислородных мембран, электродных материалов для высокотемпературных топливных элементов, катализаторов дожига выхлопных газов, а также в энергоустановках на основе возобновляемых видов энергии. Известен способ получения тонких пленок феррита стронция (3-) на кварцевой подложке методом лазерного напыления в инертной среде. В установке по напылению пленок 3- использовался лазер , работающий на третьей гармонике с длиной волны 355 нм, длительностью импульса порядка 5-7 нс и частотой повторения 10 Гц. Лазерный пучок диаметром в 2 мм фокусировался на поверхности мишени 3- под углом 45, которая находилась на вращающемся держателе в вакууме при 5,510-4 Па с 13505 1 2010.08.30 различным остаточным давлением аргона. Пленка напылялась на кварцевую подложку,располагающуюся перпендикулярно мишени на расстоянии 16 мм. Для структурирования пленки и перевода части железа из 3 в 4 она дополнительно подвергалась отжигу при 670-770 на воздухе в течение двух часов с последующим охлаждением до комнатной температуры 1. Недостатками данного способа являются зависимость процессов кристаллизации пленки от давления , при котором осуществляется напыление пленки 3-, что затрудняет контроль над структурным совершенством пленок и соответственно воспроизводимостью их физико-химических свойств, трудность технического исполнения в виду сложности оптимизации параметров лазерного пучка (подбор количества импульсов, их мощности, а также распределение энергии по пучку), дополнительные отжиги пленок при 670-770 на воздухе из-за их квазиаморфности. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения тонких пленок феррита стронция с высоковалентным состоянием части катионов 4. Напыление пленок производилось с помощью лазерной установки из мишени 2,8, полученной обычным твердофазным синтезом 2. В этом случае пленки 3- напылялись на монокристаллические подложки 3 с параметром кристаллической решетки 3,905 и ориентацией (001) в виду того, что наиболее близким по параметрам кристаллической решетки пленки являетсяподложка. Это обусловлено тем, что состав нанесенных пленок не является строго стехиометричным - 3, а в условиях восстановительной среды имеет значения кислородного индекса 2,5 и в этом случае объем элементарной ячейки 2,5 на 7 больше, чем 3. Поэтому для состава 2,5, подложкаболее предпочтительна. Тем не менее на основании экспериментальных данных установлено, что для улучшения структурного совершенства,магнитных, магниторезистивных и других физико-химических характеристик пленок 2,5 необходимо использовать дополнительные отжиги в газовой среде при температурах 1000-1100 с 10 содержанием озона. При этих температурах образуется высокотемпературная кубическая фаза, которая по своим параметрам ближе к подложке(3)0,3(0,50,53)0,7. Недостатками указанного способа являются Сложность технического исполнения при оптимизации параметров лазерного пучка и высокие экономические затраты, обусловленные необходимостью проведения дополнительных отжигов. Трудность контроля за структурообразованием пленок и соответственно воспроизводимостью их физико-химических свойств, из-за большой абсорбционной способности пленок на их поверхности присутствуют различные примеси и образуется неоднородность распределения кислорода по их толщине, а также зависимость процессов кристаллизации пленки от парциального давления инертных газов, при которых осуществляется напыление пленки. Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа получения тонких пленок феррита стронция, обеспечение возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения пленок 3-, улучшения их магнитных, магниторезистивных характеристик, уменьшение экономических затрат (отсутствие дополнительного отжига) и воспроизводимости физико-химических свойств пленок стронциевого граната. Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения тонкой пленки феррита стронция 3-, включающем изготовление мишени состава 3-, распыление материала мишени и напыление пленки 3- на подложку. Новым по мнению авторов является то, что для напыления пленок используют двухлучевой ионный источник, формирующий два независимых ионных пучка, одним из которых осуществляют предварительную ионную очистку подложки и мишени и ионное ассистирование, а вторым - реактивное ионно-лучевое распыление материала мишени,2 13505 1 2010.08.30 напыление пленки 3- на подложку осуществляют в окислительной среде ионами кислорода с одновременной бомбардировкой ионами О 2 напыляемой пленки 3-. Сущность изобретения заключается в упрощении и удешевлении способа получения тонких пленок феррита стронция, обеспечении возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения пленок 3-, улучшении их магнитных, магниторезистивных характеристик,уменьшении экономических затрат(отсутствие дополнительного отжига) и воспроизводимости физико-химических свойств пленок стронциевого граната. Пример выполнения способа получения структурно совершенных пленок стронциевого феррита. Для приготовления мишеней состава 3- использовались реактивы 23, 3 марки ОСЧ. Перемешивание и помол смеси исходных реагентов проводилось со спиртом в вибромельнице в течение 3 ч. Полученную смесь сушили при температуре 320 до полного удаления спирта и прессовали под давлением 1-2 Т/см 2 в таблетки диаметром 8 мм и высотой 4 мм. Предварительный обжиг осуществлялся на воздухе при температуре 870 в течение 18 ч. Кроме этого, нами использовался обжиг полифазной шихты состава 3-О 323 в атмосфере аргона при 1070 в течение 40 ч. Это обусловлено тем, что одним из факторов, сильно ускоряющих процессы спекания и гомогенизирования, является дефектность структуры. Так, для увеличения степени химической активности реагентов в шихте увеличивали их дефектность за счет создания анионных вакансий. Для повышения гомогенизации шихты использовался вторичный сухой помол в вибромельнице в течение 2 ч. Затем из порошка прессовали мишени диаметром 85 мм и толщиной 10 мм с использованием пластификаторов и олеатов. Окончательный синтез мишени осуществляли при 1570 в потоке кислорода в течение 3 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры в режиме выключенной печи. Для формирования пленок 3- использовался метод реактивного ионно-лучевого распыления. Технология напыления реализована с использованием двухлучевого ионного источника на основе ускорителя с анодным слоем. Данный источник имеет две отдельные ступени генерации ионных пучков и формирует два независимых ионных пучка, один из которых служит для распыления материала мишени (распыляющая ступень), а второй для предварительной ионной очистки подложек и ионного ассистирования (асситирующая ступень). В качестве подложек использовался поликор, который располагался на подложкодержателе на расстоянии 18 см от мишени при температурах 770-950 . Перед напылением производилась очистка подложек ионным пучком, генерируемым ассистирующей ступенью ионного источника. Для этого камера вакуумной установки откачивалась до остаточного давления 10-3 Па. Время очистки, энергия ионов и ток разряда во всех экспериментах были постоянными и составляли соответственно 3 мин, 700 эВ, 40 мА. Тренировка мишени с целью устранения с поверхности мишени адсорбентов инородной природы осуществлялась в течение 20 мин. Особенностью представленной технологии является то, что мишень обладает достаточной электропроводностью, что позволило отказаться от использования накального нейтрализатора ионного пучка и практически исключить снижение скорости нанесения пленки при распылении мишени реактивным газом (2). Распыленный материал осаждался на подложки с одновременной бомбардировкой ионами ассистирующей ступени ионного источника. Использование одновременной ионной бомбардировки растущей пленки ионами 2 позволяет активно управлять структурным качеством, подвижностью кислорода, электротранспортными и другими физикохимическими свойствами тонких пленок 3-. Преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с известными, является упрощение и удешевление способа получения тонких пленок феррита стронция, обеспечение возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения пленок 3 13505 1 2010.08.30 3-, увеличение их структурного совершенства, уменьшение экономических затрат(отсутствие дополнительного отжига) и воспроизводимости физико-химических свойств пленок стронциевого граната. Источники информации 1.,.,. ,.3-//. - 437 (2003).- . 95-100. 2..,.3 //2002.- . 80.- . 4.- . 622624. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4