एयरोसोल बयान का प्रयोग मोटी घने Yttrium आयरन गार्नेट फिल्म्स का गठन
Summary
इस रिपोर्ट आरटी पर नीलमणि substrates पर yttrium लोहा गार्नेट की मोटी फिल्मों की एयरोसोल बयान प्रदर्शन करने के लिए एक कस्टम निर्मित प्रणाली के उपयोग का वर्णन करता है। फिल्मों जमा तकनीक की क्षमताओं का एक प्रतिनिधि सिंहावलोकन देने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, profilometry, और लौह-चुंबकीय अनुनाद का उपयोग कर विशेषता है।
Abstract
एयरोसोल बयान (एडी) थोक के 95% से अधिक घनत्व के साथ मोटी कई सौ माइक्रोमीटर के लिए ऊपर परतों उत्पादन कर सकते हैं कि एक मोटी फिल्म बयान प्रक्रिया है। ई का प्राथमिक लाभ बयान परिवेश के तापमान पर पूरी तरह से जगह लेता है; जिससे असमान पिघलने तापमान के साथ सामग्री प्रणालियों में फिल्म विकास को सक्षम करने। इस रिपोर्ट में यह पाउडर तैयार करने के लिए और कस्टम निर्मित प्रणाली का उपयोग करके विज्ञापन के प्रदर्शन के लिए विस्तार से प्रसंस्करण कदम का वर्णन है। प्रतिनिधि लक्षण वर्णन परिणाम इस प्रणाली में उगाई जाने वाली फिल्मों के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, profilometry, और लौह-चुंबकीय अनुनाद स्कैनिंग से प्रस्तुत कर रहे हैं। प्रणाली की क्षमताओं का एक प्रतिनिधि सिंहावलोकन के रूप में, ध्यान वर्णित प्रोटोकॉल और प्रणाली सेटअप पालन का उत्पादन एक नमूना करने के लिए दिया जाता है। परिणाम इस प्रणाली को सफलतापूर्वक एक भी 5 मिनट के बयान आर के दौरान कर रहे हैं कि 11 माइक्रोन मोटी अट्रियम लोहा गार्नेट फिल्मों> थोक घनत्व का 90% जमा कर सकते हैं संकेत मिलता है किसंयुक्त राष्ट्र। सुधार हुआ मोटाई और फिल्म में खुरदरापन विविधताओं के लिए एयरोसोल और कण चयन के बेहतर नियंत्रण को वहन करने के तरीकों में से एक चर्चा प्रदान की जाती है।
Introduction
एयरोसोल बयान (एडी) थोक 1 के 95% से अधिक घनत्व के साथ मोटी कई सौ माइक्रोमीटर के लिए ऊपर परतों उत्पादन कर सकते हैं कि एक मोटी फिल्म बयान प्रक्रिया है। बयान प्रक्रिया प्रभाव, अस्थिभंग या विरूपण, आसंजन, और कणों के densification की एक निरंतर प्रक्रिया के माध्यम से हो रहा है। 1 कई कदमों पर कण प्रभाव और densification दिखा कदम की एक श्रृंखला के रूप में इस प्रक्रिया को दर्शाया गया है चित्रा। दिखाया गया है, कणों 100-500 मीटर / सेकंड की एक ठेठ वेग के साथ सब्सट्रेट की ओर ले जाएँ। सब्सट्रेट के साथ प्रारंभिक कणों प्रभाव के रूप में वे फ्रैक्चर और सब्सट्रेट का पालन करें। यह एंकरिंग परत सब्सट्रेट और थोक फिल्म के बीच यांत्रिक आसंजन प्रदान करता है। बाद के प्रभावों होते अंतर्निहित कणों पालन, तेजी से खंडित है, और आगे densified हैं। नित्य प्रभाव, फ्रैक्चर, और densification की यह प्रक्रिया अंतर्निहित फिल्म कॉम्पैक्ट और crys बांड के लिए काम करता हैtallites थोक माल की अधिक से अधिक से अधिक 95% तक पहुँचने एक घनत्व के साथ एक फिल्म का निर्माण और।
बयान प्रक्रिया की चित्रा 1. चित्रण। पैनल 100-500 मीटर / सेकंड की एक ठेठ वेग के साथ सब्सट्रेट की ओर बढ़ तीन कणों से पता चलता है। पैनल बी पहली कण के प्रभाव, फ्रैक्चर, और आसंजन के परिणाम से पता चलता है। पैनलों सी और डी के दूसरे और तीसरे कणों के बाद के प्रभाव, जो आगे कॉम्पैक्ट अंतर्निहित फिल्म दिखाने के लिए और crystallites बांड। परिणाम (संदर्भ में 19 से अनुमति के साथ reproduced) थोक माल की 95% से अधिक घनत्व के साथ एक फिल्म है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
ई का प्राथमिक लाभ यह है कि depos हैition परिवेश आरटी पर पूरी तरह से जगह लेता है; जिससे एक कम पिघलने तापमान सब्सट्रेट पर एक उच्च पिघलने तापमान सामग्री (शुरू पाउडर), उदाहरण के लिए, फिल्म विकास को सक्षम करने। जमा दर प्रति मिनट कई माइक्रोमीटर अप करने के लिए किया जा सकता है और बयान कक्ष में 1-20 Torr के उदारवादी निर्वात की स्थिति में किया जाता है। प्रक्रिया बहुत बड़ी बयान क्षेत्रों तक पैमाने पर करने के लिए और अंत में, यह conformally जमा कर सकते हैं की क्षमता को दर्शाता है। 2
ऐसे inductors के 3, घर्षण प्रतिरोधी कोटिंग्स 4, piezoelectrics 5, multiferroics 6, magnetoelectrics 7 thermistors 8, thermoelectric फिल्मों 9, लचीला dielectrics के 10, हार्ड ऊतक प्रत्यारोपण और Bioceramics के रूप में उपयोग करता है की एक विस्तृत विविधता के लिए विज्ञापन द्वारा अध्ययन किया कई सामग्री प्रणालियों रहे हैं, 11, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स 12, photocatalysts और 13। माइक्रोवेव उपकरणों के लिए आवेदन, severa के चुंबकीय फिल्मों के लिएमोटाई में माइक्रोमीटर के एल सैकड़ों आदर्श रूप से सर्किट बोर्ड तत्वों में सीधे एकीकृत किया जाएगा कि आवश्यक हैं। इस एकीकरण को साकार करने के लिए एक चुनौती फेराइट फिल्मों fabricating के लिए आवश्यक उच्च तापमान शासन है ऐसे अट्रियम लोहा गार्नेट (YIG) के रूप में, (हैरिस एट अल। 14 द्वारा समीक्षा देखें)। इस कारण के लिए विज्ञापन चुंबकीय एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में संभावित नई प्रगति को साकार करने के लिए एक स्वाभाविक पसंद प्रतीत होता है। ई की कम कीमत में आपरेशन, उच्च जमा दर, और सादगी संयुक्त राज्य अमेरिका में अब जर्मनी, फ्रांस, जापान, कोरिया में अनुसंधानकर्ताओं द्वारा ब्याज प्रेरित है, और किया गया है।
चित्रा 2 एयरोसोल बयान प्रदर्शन करने के लिए बुनियादी सेटअप रूपरेखा एक ड्राइंग है। दबाव पी एसी, पी डीसी, और पी एच क्रमशः, एयरोसोल कक्ष, बयान चैम्बर, और पंप सिर के लिए स्थानों पर चिह्नित नजर रखी है। जन प्रवाह नियंत्रक (एम एफ सी) के द्वारा नियंत्रित गैस प्रवाह, एयरोसोल में प्रवेश करती हैकक्ष और पाउडर aerosolizes। बयान चैम्बर आयताकार (0.4 मिमी x 4.8 मिमी) नोक खोलने के माध्यम से कणों का प्रवाह है, जिससे दो कक्षों के बीच अंतर दबाव बनाने के लिए पंप है।
चित्रा एनआरएल एडीएम प्रणाली में 2. मुख्य घटकों। दबाव पी एसी, पी डीसी, और पी एच क्रमशः, एयरोसोल कक्ष, बयान चैम्बर, और पंप सिर के लिए स्थानों पर चिह्नित नजर रखी है। विवरण के लिए पाठ देखें। (कॉपीराइट (2014) के संदर्भ में 20 से reproduced एप्लाइड फिजिक्स, जापान सोसाइटी)। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
इस काम में एक व्यक्ति YIG कण का औसत आकार 0.5 माइक्रोन है। ढेर का असर इन का कारण बनता हैछोटे कणों के बारे में 10 माइक्रोन से लगभग 400 माइक्रोन आकार में सीमा है कि बहुत बड़ा agglomerates के रूप में। Agglomerate आकार और वितरण की दर का नियंत्रण एक घने अच्छी तरह से बनाई फिल्म को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। इस बयान के चेंबर में आकार चयन और वर्दी कण प्रवाह की अनुमति देता है कि एक एयरोसोल चैंबर के विन्यास जरूरी। पाउडर एयरोसोल चेंबर में लोड किया जा रहा करने के लिए बड़े से 53 माइक्रोन से पहले किसी भी agglomerates दूर करने के लिए पूर्व sieved है। इस काम में इस्तेमाल एयरोसोल कक्ष विन्यास चित्रा में सचित्र है 3। नाइट्रोजन गैस चैंबर के नीचे के हिस्से में स्थित चार इनलेट नलिका (दो 3 चित्र में दिखाया जाता है) के माध्यम से प्रवेश करती है। गैस Agglomerated कण के वितरण के शामिल एक एयरोसोल कम से कम 53 माइक्रोन आकार का उत्पादन करने के लिए (हरे रंग में दिखाया गया है) YIG पाउडर के साथ सूचना का आदान प्रदान। लगातार स्फूर्त है एक स्टेनलेस स्टील की थाली से बना एयरोसोल चैंबर के आधार पर एक आंदोलनकारी में चल रहा पाउडर रखने के लिएगैस का प्रवाह। agglomerates केवल agglomerates नोक इनलेट में प्रवेश के लिए कम से कम 45 माइक्रोन आकार की अनुमति देते हुए 45 माइक्रोन फिल्टर प्रभाव। नोक agglomerates इनलेट में प्रवेश करने पर एक बड़े वेग को त्वरित हैं और बयान प्रदर्शन करने के लिए (नहीं दिखाया गया है) बयान चेंबर में निकली। एक स्टेनलेस स्टील रॉड डे-clogging फिल्टर में सहायता करने के लिए (नहीं दिखाया गया है) आंदोलनकारी के आधार करने के लिए फिल्टर के नीचे से जोड़ता है।
चित्रा फिल्टर, इनलेट नलिका, और दिखाया YIG पाउडर के साथ आंतरिक एयरोसोल कक्ष विन्यास 3. चित्रण,। विवरण के लिए पाठ देखें।
इस रिपोर्ट YIG के घने फिल्मों का निर्माण करने के लिए ऊपर वर्णित कस्टम निर्मित प्रणाली का उपयोग करके विज्ञापन प्रदर्शन करने के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रिया का विवरण है। इस प्रणाली में उत्पादित एक 11 माइक्रोन मोटी फिल्म के लिए प्रतिनिधि परिणाम scannin का उपयोग कर प्रस्तुत कर रहे हैंजी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), मोटाई प्रोफाइल, और लौह-चुंबकीय अनुनाद (FMR)। प्रस्तुत परिणामों के चुंबकीय गुण या फिल्म की सामग्री संरचना का एक में गहराई से अध्ययन करने का इरादा है, लेकिन इस तकनीक से निर्मित फिल्मों के प्रदर्शन के रूप में। नहीं कर रहे हैं यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
Protocol
Representative Results
Discussion
चित्रा 4 में SEM छवि महत्वपूर्ण फ्रैक्चर और densification के बयान प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हो रही है कि इंगित करता है। छवि रिक्तियों और अनाज की एक छोटी संख्या से पता चलता है फिल्म है, जो के ऊपर की सतह से लिय?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SDJ कृतज्ञता में उसके भाग के लिए इंजीनियरिंग शिक्षा / एनआरएल Postdoctoral फैलोशिप कार्यक्रम, सामग्री के चुंबकीय गुण पर कोनराड Bussmann (एनआरएल) और MingZhong वू (कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी) के साथ विचार-विमर्श, और रॉन होल्म (एनआरएल) के लिए अमेरिकन एसोसिएशन के समर्थन मानता है डिजाइन और एनआरएल विज्ञापन प्रणाली के कार्यान्वयन।
Materials
| Ferromagnetic Resonance Spectrometer | www.bruker.com/ | 9.5 GHz Spectrometer | |
| Scanning Electron Microscope | www.zeiss.com | LEO Supra 55 | |
| Profilometer | www.kla-tencor.com/ | D-120 | |
| Stereo Microscope | www.microscopes.com | Omano Stereo Microscope | Used for inspection directly after removal from deposition chamber |
| Double-sided Copper Tape | www.2spi.com | 05085A-AB | hold-down clips or other adhesives may be used |
| Nitrile Exam Gloves | www.fishersci.com | 19-130-1597D | |
| 2-propanol | www.fishersci.com | A451SK-4 | |
| Acetone | www.fishersci.com | A11-1 | |
| Yttrium Iron Garnet Powder | www.trans-techinc.com/ | Call for Product Information | Powder is custom made to order and ground to specifications |
| Stainless Steel Spoon | www.fishersci.com | 14-429E | Used for scooping and transferring powder |
| Alumina Boats | www.coorstek.com/ | 65580 | |
| Drying Furnace | www.paragonweb.com | KM14 ceramic furnace | Furnace is connected to air during drying |
| Powder Sieves | www.advantechmfg.com/ | 270SS8F | A selection of mesh openings are needed to sieve from large down to target size |
| Ultra High Purity Nitrogen Gas | www.praxairdirect.com | NI 5.0UH-3K | Used as medium for aerosol. |
| Air Breathing Quality | www.praxairdirect.com | AI BR-4KN | Used inside furnace during drying |
| Lab Balance | www.balances.com/ | Sartorius ED224S Lab Balance | Used for weighing powder |
| Sapphire Wafers | www.pmoptics.com/ | PWSP-313211 |
References
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