Способ получения тонких пленок ферромолибдата стронция

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ФЕРРОМОЛИБДАТА СТРОНЦИЯ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Каланда Николай Александрович Гурский Леонид Ильич Телеш Евгений Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения тонкой пленки ферромолибдата стронция 26-, заключающийся в изготовлении мишени состава 26- и напылении в вакууме пленки 26- на подогреваемую монокристаллическую подложку 3, отличающийся тем, что пленку напыляют на подложку 3 с ориентацией (001), напыление проводят в инертной среде аргона двухлучевым ионным источником, формирующим два независимых ионных пучка, один из которых для распыления материала мишени, а другой - для предварительной очистки подложки и мишени и бомбардировки катионами аргона напыляемой пленки 26-. Изобретение относится к твердотельной микро- и наноэлектронике и может быть использовано для сенсоров магнитного поля, электродных материалов, высокотемпературных топливных элементов, а также в элементах магнитной оперативной памяти . Известен способ получения тонких пленок ферромолибдата стронция (26-) на монокристаллической подложкеориентации (001) методом лазерного напыления в инертной среде. Монокристаллическую подложку(001) располагали над мишенью состава 26- на расстоянии 42 мм. Подложку подогревали инфракрасным излучением с тыльной стороны до 1070 . Температуру контролировали термопарой и оптическим пирометром. Установка( ) по напылению пленок была оборудована эксимерным лазером , работающим на длине волны 248 нм с максимальной мощностью пучка 600 мДж/импульс. Пленки 26- напыляли лазерным пучком с мощностью пучка 400 мДж/импульс и частотой повторения 10 Гц в вакууме при 5,510-7 в течение 30 мин на подогреваемые подложки. Для получения требуемой структуры (двойного перовскита) пленок их дополнительно отжигали при 1070 в потоке кислорода, протекающего со скоростью 2 см 3/мин при 210 в течение 40 мин с последующим отжигом при 1070 в вакууме в течение 2 ч 1. 14627 1 2011.08.30 Недостатками данного способа являются наличие посторонних включений в структуре пленки, ее неоднофазность, приводящие к значительному ухудшению структурных характеристик, электротранспортных и магнитных свойств 26-, трудность технического исполнения напыления пленок, обусловленная дополнительными отжигами пленок, а также из-за сложности оптимизации параметров лазерного пучка (подбор количества импульсов, их мощности, а также распределение энергии по пучку), что затрудняет контроль над структурным совершенством пленок и соответственно воспроизводимостью их физико-химических свойств. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения тонких пленок ферромолибдата стронция с помощью установки с использованием пульсирующего -лазера, работающего на длине волны 355 нм с частотой повторения 10 Гц и плотностью энергии лазерного излучения 2 Дж/см-2. Пленки 26- напыляли на монокристаллические подложки 3 с ориентацией (001) из стехиометрической керамической мишени 26-, полученной высокотемпературным твердофазным синтезом 2. Расстояние от мишени до поверхности подложки составляло 40 мм. При данных условиях напыления скорость роста пленки составляла 0,2 на один лазерный импульс при температуре подложки 950 С. Пленки были приготовлены при различных парциальных давлениях кислорода, находящихся в диапазоне 210-8-10-4 мбар. Недостатками указанного способа являются сложность технического исполнения напыления пленок, обусловленная сложностью оптимизации параметров лазерного пучка(подбор количества импульсов, их мощности, а также распределение энергии по пучку),что затрудняет контроль над структурным совершенством пленок и соответственно воспроизводимостью их физико-химических свойств, отсутствие возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения однородных и однофазных пленок 26- с целью улучшения их магнитных, магниторезистивных и структурных характеристик. Задачей настоящего изобретения является упрощение и обеспечение возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения однородных и однофазных пленок 26- для улучшения их магнитных, магниторезистивных и структурных характеристик, оптимизация режимов напыления тонких пленок ферромолибдата стронция для получения их воспроизводимых физико-химических свойств. Поставленная задача решается за счет того, что при получении тонких пленок ферромолибдата стронция первоначально изготавливают однофазную мишень состава 26-,а затем напыляют в вакууме пленку 26- на подогреваемую монокристаллическую подложку 3 с ориентацией (001). Новым, по мнению авторов, является то, что для напыления пленок использовали двухлучевой ионный источник, формирующий два независимых ионных пучка, один из которых служит для распыления материала мишени, а второй - для предварительной ионной очистки подложки и мишени, причем напыление пленок ферромолибдата стронция осуществляют в средеионами аргона с одновременной бомбардировкойнапыляемой пленки 26-. Сущность изобретения заключается в проведении синтеза в условиях контроля процесса получения сплошных, однородных и однофазных пленок 26-, в воспроизводимости физико-химических свойств 26-, в использовании двух независимых ионных пучков, один из которых служит для распыления материала мишени, а второй для предварительной ионной очистки подложки и мишени, причем напыление пленок ферромолибдата стронция осуществляют в средеионами аргона с одновременной бомбардировкойнапыляемой пленки 26-. 14627 1 2011.08.30 Пример выполнения способа получения структурно совершенных пленок ферромолибдата стронция. Свойства получаемых магниторезистивных пленок 26- во многом зависят от состояния мишени, с которой они напыляются. Плотность, фазовая гомогенность и электротранспортные свойства мишени оказывают значительное влияние на структурное совершенство и физические характеристики пленок. Для приготовления мишеней состава 26- в качестве исходных реагентов использовали прекурсоры 3-, 4-. Сложные оксиды-прекурсоры были получены обычным керамическим методом из оксидов 3, 23 и карбоната стронция 3 марки ОСЧ. Помол и перемешивание стехиометрической смеси исходных реагентов проводили в вибромельнице в спирту в течение 3 ч. Полученные смеси сушили при температуре 350 и прессовали в таблетки. При синтезе прекурсоров 3- и 4- предварительный отжиг осуществляли на воздухе при 970 и 1070 в течение 20 и 40 ч соответственно. Для повышения однородности оксидов использовали вторичный помол. Окончательный синтез при получении соединений 23- и 4- осуществляли при 1270 в течение 20 и 40 ч в аргоне с последующим охлаждением в режиме выключенной термоустановки. Микронного размера зерен прекурсоров (р 20 мкм) достигали путем их длительного ( 24 ч) вибропомола в спирту. Наиболее плотные, без расслоения мишени получены при давлении прессования 3-5 Т/см 2 с применением олеатов, позволяющих уменьшать трение между пресс-формой и пуансоном, а также потери усилия пресса. Для предотвращения растрескивания или коробления отпрессованных с пластификатором мишеней при их нагревании производили сушку. Поэтому подъем температуры для спекания шихты осуществляли с выдержкой при 500-540 в течение 3-4 ч. Скорость подъема температуры до 1420 не превышала 100 К/ч. Изотермический отжиг при 1420 был осуществлен в течение 50 ч в среде аргона с последующим охлаждением в режиме выключенной печи. Для формирования пленок 26- использовали метод реактивного ионно-лучевого распыления. Технология напыления реализована с употреблением 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 (ассистирующая ступень). В качестве подложек использовали монокристаллические пластины 3 с ориентацией (001), которые располагали на подложкодержателе на расстоянии 18 см от мишени при температурах 770-950 К. Перед напылением производили очистку подложек ионным пучком, генерируемым ассистирующей ступенью ионного источника. Для этого камеру вакуумной установки откачивали 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. Тренировку мишени с целью устранения с поверхности мишени адсорбентов инородной природы осуществляли 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 . Распыленный материал осаждался на подложки с одновременной бомбардировкой ионами ассистирующей ступени ионного источника. Использование одновременной ионной бомбардировки растущей пленки катионамипозволяет активно управлять структурным совершенством и соответственно магниторезистивными и другими физико-химические свойствами тонких пленок 26-. Преимуществами заявляемого изобретения по сравнению с известными являются упрощение и удешевление способа получения тонких пленок ферромолибдата стронция,3 14627 1 2011.08.30 обеспечение возможности проведения синтеза в условиях контроля процесса получения пленок 26-, увеличение их структурного совершенства и воспроизводимости физико-химических свойств пленок стронциевого граната. Список литературы 1.., -264(001)- -//79. - . 174427, 2009. 2..,..26//. - . 33. . 676-680, 2002. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4