RU2532187C1 - Method for obtaining nanodimensional ferrite films - Google Patents

Method for obtaining nanodimensional ferrite films Download PDF

Info

Publication number
RU2532187C1
RU2532187C1 RU2013143533/05A RU2013143533A RU2532187C1 RU 2532187 C1 RU2532187 C1 RU 2532187C1 RU 2013143533/05 A RU2013143533/05 A RU 2013143533/05A RU 2013143533 A RU2013143533 A RU 2013143533A RU 2532187 C1 RU2532187 C1 RU 2532187C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
films
nanodimensional
target
obtaining
Prior art date
Application number
RU2013143533/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Костишин
Лариса Владимировна Панина
Александр Тимофеевич Морченко
Денис Николаевич Читанов
Николай Анатольевич Юданов
Артём Юрьевич Адамцов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2013143533/05A priority Critical patent/RU2532187C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532187C1 publication Critical patent/RU2532187C1/en

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnologies.
SUBSTANCE: invention relates to a technology for obtaining nanodimensional films of multiferroics and can be used in production of high-quality magneto-optic information processing and storage devices, magnetic sensors, capacitive electromagnets, magnetoelectric storage elements and non-mutual microwave filters. The method involves manufacture of a target of the specified composition, processing of a monocrystalline substrate with argon ions, spraying of the target onto the substrate with further annealing of the obtained film; with that, a strontium titanate substrate is used; the spraying process is performed onto the substrate heated up to 700-750°C; controlled flow of oxygen ions is supplied to the substrate area, and the obtained films are annealed in oxygen environment during 1.0 hour at the temperature of 500-550°C and standard atmospheric pressure.
EFFECT: invention allows obtaining monocrystalline nanodimensional films of multiferroics with BiFeO3 and RxBi1-xFeO3 composition (where R- Nd, La, Pr in the quantity of 0,1-0,3 form units).
1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения наноразмерных пленок мультиферроиков состава BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 и может найти применение в производстве высокодобротных магнитооптических устройств обработки и хранения информации, магнитных сенсоров, емкостных электромагнитов, магнитоэлектрических элементов памяти, невзаимных сверхвысокочастотных фильтров и других устройств.The invention relates to a technology for producing nanoscale multiferroic films of BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 composition and can be used in the manufacture of high-quality magneto-optical devices for processing and storing information, magnetic sensors, capacitive electromagnets, magnetoelectric memory elements, non-reciprocal microwave filters and other devices .

Известен способ получения наноразмерных пленок феррита висмута методом химического осаждения из паровой фазы металлорганических соединений (MOCVD) (см. Картавцева М.С. Синтез и свойства тонких эпитаксиальных пленок BiFeO3 и твердых растворов на его основе. Автореферат на соискание уч. ст. к.х.н. М., МГУ, 2008. - 24 с.). Недостатки способа - получение многофазных пленок, токсичность исходных компонентов для здоровья человека, дороговизна способа.A known method for producing nanoscale films of bismuth ferrite by chemical vapor deposition of organometallic compounds (MOCVD) (see Kartavtseva MS Synthesis and properties of thin epitaxial films BiFeO 3 and solid solutions based on it. Ph.D. M., Moscow State University, 2008 .-- 24 pp.). The disadvantages of the method are the production of multiphase films, the toxicity of the starting components for human health, the high cost of the method.

Наиболее близким к предлагаемому является «Способ получения наноразмерных пленок феррита-граната, содержащих Bi» (см.: патент Украины №66219. Прокопов А.Р., Шапошников А.Н., Каравайников А.В. «Способ получения наноразмерных пленок феррита-граната, содержащих Bi». Бюл. №24, 2011 г.). Способ включает изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки ионами аргона, распыление компонентов мишени на подложку и отжиг на воздухе при атмосферном давлении. Недостаток настоящего способа - невозможность получения наноразмерных пленок мультиферроиков состава BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,3 форм.ед.).Closest to the proposed one is the "Method for producing nanoscale films of ferrite garnet containing Bi" (see: Ukrainian patent No. 66219. Prokopov A.R., Shaposhnikov A.N., Karavaynikov A.V. "The method for producing nanoscale films of ferrite - pomegranate containing Bi. "Bull. No. 24, 2011). The method includes manufacturing a target of a given composition, processing a single crystal substrate with argon ions, spraying the target components onto the substrate and annealing in air at atmospheric pressure. The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining nanoscale films of multiferroics BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 (where R = Nd, La, Pr in the amount of 0.1-0.3 units).

Цель настоящего изобретения - получение наноразмерных пленок мультиферроиков состава BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,3 форм.ед.).The purpose of the present invention is the preparation of nanoscale multiferroic films of BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 composition (where R = Nd, La, Pr in an amount of 0.1-0.3 form units).

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получения наноразмерных пленок феррита, включающем изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки ионами аргона, распыление мишени на подложку с дальнейшим отжигом полученной пленки, в соответствии с предлагаемым техническим решением используются подложка титаната стронция, ионное распыление и подогрев подложки в процессе напыления пленки до 700-750°C, подача в зону подложки контролируемого потока кислорода и отжиг полученных пленок на протяжении 1,0 час в атмосфере кислорода при температуре 500-550°C при нормальном атмосферном давлении.This goal is achieved by the fact that in the proposed method for producing nanoscale films of ferrite, including the manufacture of a target of a given composition, processing a single crystal substrate with argon ions, sputtering a target on a substrate with further annealing of the obtained film, in accordance with the proposed technical solution, a strontium titanate substrate, ion sputtering and heating the substrate during the deposition of the film to 700-750 ° C, supplying a controlled flow of oxygen to the zone of the substrate and annealing the films for a long time SRI 1.0 hour in an oxygen atmosphere at a temperature of 500-550 ° C at normal atmospheric pressure.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что использование подогрева подложки, подача в область подложки контролируемого потока ионов кислорода и последующий отжиг полученных структур в атмосфере кислорода при нормальном атмосферном давлении позволяют получать качественные наноразмерные пленки феррита составов BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,3 форм.ед.). Использование монокристаллических пластин титаната стронция в качестве подложки позволяет получить монокристаллические пленки ферритов вышеуказанных составов.The essence of the proposed method lies in the fact that the use of substrate heating, feeding a controlled flow of oxygen ions into the substrate region and subsequent annealing of the obtained structures in an oxygen atmosphere at normal atmospheric pressure make it possible to obtain high-quality nanoscale films of ferrite of BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 compositions (where R = Nd, La, Pr in an amount of 0.1-0.3 form units). The use of single-crystal strontium titanate plates as a substrate allows one to obtain single-crystal ferrite films of the above compositions.

Способ реализуется следующим образом. Изготавливается мишень требуемого состава (BiFeO3 или RxBi1-xFeO3, где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,3 форм.ед.). Монокристаллическую подложку титаната стронция обрабатывают ионами аргона энергии 10-20 эВ. В вакуумной камере достигают давления (6,5-6,8)·10-4 Па и производят с помощью платинового нагревателя нагрев подложки до температуры 700-750°C. Далее производят осаждение материала мишени на подложку путем распыления мишени пучком аргона с помощью ионного источника (плотность тока пучка ионов j=8-12 мА/см2, энергия ионов Е=1-3 кэВ). С целью облегчения кристаллизации пленки стехиометрического феррита висмута (чистого или замещенного) в область подложки подается с помощью источника ионов контролируемый поток ионов кислорода. Требуемая толщина пленки регулируется временем распыления. Полученную структуру помещают в печь и отжигают в атмосфере кислорода при температуре 500-550°C при нормальном атмосферном давлении в течение одного часа.The method is implemented as follows. A target of the required composition is made (BiFeO 3 or R x Bi 1-x FeO 3 , where R = Nd, La, Pr in the amount of 0.1-0.3 unit units). A single crystal substrate of strontium titanate is treated with argon ions of energy 10-20 eV. In the vacuum chamber, a pressure of (6.5-6.8) · 10 -4 Pa is reached and the substrate is heated with a platinum heater to a temperature of 700-750 ° C. Next, the target material is deposited on the substrate by sputtering the target with an argon beam using an ion source (ion beam current density j = 8-12 mA / cm 2 , ion energy E = 1-3 keV). In order to facilitate crystallization of the film of stoichiometric bismuth ferrite (pure or substituted), a controlled flow of oxygen ions is supplied to the substrate region using an ion source. The required film thickness is controlled by the spray time. The resulting structure is placed in an oven and annealed in an atmosphere of oxygen at a temperature of 500-550 ° C at normal atmospheric pressure for one hour.

Пример реализации способаAn example implementation of the method

Методом керамической технологии готовили мишени BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,2 форм.ед.). Диаметр мишеней составлял 100 мм. В качестве подложек использовались монокристаллические пластины-подложки титаната стронция SrTiO3. Процесс получения наноразмерных пленок состава BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R=Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,2 форм.ед.) осуществлялся в вакуумной установке, изготовленной на базе установки УВН 3279026. В вакуумной камере достигали давления (6,5-6,8)·10-4 Па, после чего осуществляли обработку подложки ионами аргона энергии 10-20 эВ. Далее производили с помощью платинового нагревателя нагрев подложки до температуры 750°C, после чего проводилось осаждение материала мишени на подложку путем распыления мишени пучком аргона с помощью ионного источника (плотность тока пучка ионов j=12 мА/см2, энергия ионов Е=3 кэВ). С целью облегчения кристаллизации пленки стехиометрического феррита висмута в область подложки подавали с помощью источника ионов контролируемый поток ионов кислорода. Полученные пленки отжигали в установке для обжига иттриевых гранатов ТИ-1 ПЯ 2.983.003 СП атмосфере кислорода при температуре 550°C и нормальном атмосферном давлении. После естественного охлаждения установки для обжига до комнатной температуры полученные пленки промывали в дистиллированной и деионизованной воде. Таким образом были приготовлены по 5 пленок каждого состава.By the method of ceramic technology, BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 targets were prepared (where R = Nd, La, Pr in an amount of 0.1-0.2 unit units). The diameter of the targets was 100 mm. As substrates, single-crystal wafers of strontium titanate SrTiO 3 were used . The process of obtaining nanoscale films of the composition BiFeO 3 and R x Bi 1-x FeO 3 (where R = Nd, La, Pr in an amount of 0.1-0.2 unit units) was carried out in a vacuum installation made on the basis of the UVN 3279026 installation In the vacuum chamber, a pressure of (6.5-6.8) · 10 -4 Pa was reached, after which the substrate was treated with argon ions of energy 10-20 eV. Then, using a platinum heater, the substrate was heated to a temperature of 750 ° C, after which the target material was deposited onto the substrate by sputtering the target with an argon beam using an ion source (ion beam current density j = 12 mA / cm 2 , ion energy E = 3 keV ) In order to facilitate crystallization of the film of stoichiometric bismuth ferrite, a controlled flow of oxygen ions was supplied to the substrate region using an ion source. The obtained films were annealed in a TI-1 PY 2.983.003 Yttrium garnet roasting apparatus for atmospheric oxygen at a temperature of 550 ° C and normal atmospheric pressure. After naturally cooling the calcining unit to room temperature, the resulting films were washed in distilled and deionized water. Thus, 5 films of each composition were prepared.

Результаты рентгено-дифракционного исследования показали, что полученные наноразмерные пленки являются монокристаллическими.The results of X-ray diffraction studies showed that the obtained nanoscale films are single-crystal.

В таблице представлены основные характеристики полученных наноразмерных пленок феррита висмута.The table shows the main characteristics of the obtained nanoscale films of bismuth ferrite.

ТаблицаTable Свойства полученных методом ИЛР пленок мультиферроиков (подложка SrTiO3; Tизм=300K)Properties of multiferroic films obtained by the ILR method (SrTiO 3 substrate; T Izm = 300K) № п/пNo. p / p Химический состав пленки The chemical composition of the film Толщина пленки, нмFilm thickness nm Контролируемые свойстваControlled Properties Удельное фарадеевское вращение θF, град/см (λ=0,633 мкм)Specific Faraday rotation θ F , deg / cm (λ = 0.633 μm) Коэрцитивная сила НС, ЭCoercive force Н С , Э 1one BiFeO3 BiFeO 3 250250 3 8003 800 0,850.85 22 Bi0,85La0,15FeO3 Bi 0.85 La 0.15 FeO 3 255255 4 0754,075 0,650.65 33 Bi0,8La0,15FeO3 Bi 0.8 La 0.15 FeO 3 275275 4 1804 180 0,750.75 4four Bi0,9La0,1FeO3 Bi 0.9 La 0.1 FeO 3 240240 4 9004,900 0,780.78 55 Bi0,85La0,15FeO3 Bi 0.85 La 0.15 FeO 3 245245 5 6005,600 0,720.72 66 Bi0,9La0,1FeO3 Bi 0.9 La 0.1 FeO 3 195195 6 3506,350 0,800.80 77 Bi0,85La0,15FeO3 Bi 0.85 La 0.15 FeO 3 220220 6 7506 750 0,700.70

Таким образом, предлагаемый способ обладает следующими отличительными признаками:Thus, the proposed method has the following distinctive features:

1. Используется монокристаллическая подложка титаната стронция.1. Used a single crystal substrate of strontium titanate.

2. Используется подогрев подложки до температуры 700-750°C.2. The substrate is heated to a temperature of 700-750 ° C.

3. Используется в процессе распыления подача в область подложки контролируемого потока ионов кислорода.3. Used in the spraying process, the supply of a controlled flow of oxygen ions to the substrate region.

4. Полученные пленки отжигают в кислороде в течение 1,0 час при температуре 500-550°C и нормальном атмосферном давлении.4. The resulting films are annealed in oxygen for 1.0 hour at a temperature of 500-550 ° C and normal atmospheric pressure.

Использование настоящих отличительных признаков для достижения полученных результатов авторам неизвестно.The use of these distinctive features to achieve the results is unknown to the authors.

Claims (1)

Способ получения наноразмерных пленок феррита, включающий изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки ионами аргона, распыление мишени на подложку с дальнейшим отжигом полученной пленки, отличающийся тем, что используется подложка титаната стронция, процесс распыления осуществляется на подогретую до температуры 700-750°C подложку, в процессе распыления осуществляется подача в область подложки контролируемого потока ионов кислорода, а полученные пленки отжигают в атмосфере кислорода в течение 1,0 час при температуре 500-550°C и нормальном атмосферном давлении.          A method of producing nanosized ferrite films, including the manufacture of a target of a given composition, processing a single crystal substrate with argon ions, spraying the target onto a substrate with further annealing of the obtained film, characterized in that a strontium titanate substrate is used, the spraying process is carried out on a substrate heated to a temperature of 700-750 ° C , during the spraying process, a controlled flow of oxygen ions is supplied to the substrate region, and the resulting films are annealed in an oxygen atmosphere for 1.0 hour and a temperature of 500-550 ° C and normal atmospheric pressure.
RU2013143533/05A 2013-09-26 2013-09-26 Method for obtaining nanodimensional ferrite films RU2532187C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143533/05A RU2532187C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for obtaining nanodimensional ferrite films

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143533/05A RU2532187C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for obtaining nanodimensional ferrite films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2532187C1 true RU2532187C1 (en) 2014-10-27

Family

ID=53382263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013143533/05A RU2532187C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Method for obtaining nanodimensional ferrite films

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532187C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2616305C1 (en) * 2015-12-30 2017-04-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Method for bismuth ferrite transparent nanoscale films production
RU2661160C1 (en) * 2017-08-04 2018-07-12 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Method for producing thin magnetic nanogranular films
CN111554523A (en) * 2020-05-18 2020-08-18 江苏理工学院 BiFeO3-MoO2Composite material and preparation method and application thereof
RU2730725C1 (en) * 2020-03-03 2020-08-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Method of producing bismuth ferrite films and apparatus for electrostatic spraying
RU2790266C1 (en) * 2022-04-22 2023-02-15 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for producing ferrite films

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA66219U (en) * 2011-06-14 2011-12-26 Таврический Национальный Университет Им. В.И. Вернадского Method for producing NANOSCALE garnet ferrite films, CONTAINING Bi
CN103233203A (en) * 2013-03-18 2013-08-07 内蒙古大学 Preparation method of ferromagnetism enhanced BiFeO3 film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA66219U (en) * 2011-06-14 2011-12-26 Таврический Национальный Университет Им. В.И. Вернадского Method for producing NANOSCALE garnet ferrite films, CONTAINING Bi
CN103233203A (en) * 2013-03-18 2013-08-07 内蒙古大学 Preparation method of ferromagnetism enhanced BiFeO3 film

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUAN-CHANG LIANG, Structural and Nanoscale Electrical Properties of Bismuth Ferrite Thin Films Annealed in Forming Gas, "Physics Procedia", 2012, vol.32, p.p.314-319 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2616305C1 (en) * 2015-12-30 2017-04-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" Method for bismuth ferrite transparent nanoscale films production
RU2661160C1 (en) * 2017-08-04 2018-07-12 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Method for producing thin magnetic nanogranular films
RU2730725C1 (en) * 2020-03-03 2020-08-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Method of producing bismuth ferrite films and apparatus for electrostatic spraying
CN111554523A (en) * 2020-05-18 2020-08-18 江苏理工学院 BiFeO3-MoO2Composite material and preparation method and application thereof
CN111554523B (en) * 2020-05-18 2021-11-30 江苏理工学院 BiFeO3-MoO2Composite material and preparation method and application thereof
RU2790266C1 (en) * 2022-04-22 2023-02-15 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for producing ferrite films

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2532187C1 (en) Method for obtaining nanodimensional ferrite films
US20170170384A1 (en) Crystal film, method for manufacturing crystal film, vapor deposition apparatus and multi-chamber apparatus
Hosono et al. Ferroelectric BaTaO2N crystals grown in a BaCN2 flux
JP2010245510A (en) Ferrite material having composition gradient for measuring magneto-optical effect properties and method for evaluating properties of ferrite
Martín-García et al. Unconventional properties of nanometric FeO (111) films on Ru (0001): stoichiometry and surface structure
CN106544629A (en) A kind of preparation method and device of large scale self-supporting beryllium film
CN110791732B (en) Preparation method of nickel-doped bismuth ferrite film system material
KR880011827A (en) Manufacturing method of superconducting thin film.
WO2014174133A1 (en) Method for the controlled production of graphene under very low pressure and device for carrying out said method
Opuchovic et al. Structural, morphological, and magnetic characterization of bulk and thin films Y3Al5–x Fe x O12 (YAIG): from the perspective of aqueous sol–gel processing
WO2015050630A2 (en) Methods of producing large grain or single crystal films
Zhang et al. Preparation and negative thermal expansion properties of Y2W3O12 thin films grown by pulsed laser deposition
CN106544636A (en) Without the method that roasting target prepares thallium system high-temperature superconducting thin film
RU2532185C1 (en) METHOD FOR OBTAINING NANODIMENSIONAL FILMS OF Bi-CONTAINING FERRITES-GARNETS
Haimin et al. Effect of different annealing atmosphere on ferroelectric properties of 0.7 BiFeO3-0.3 PbTiO3 thin films
JPS63310515A (en) Manufacture of superconductor membrane
RU2790266C1 (en) Method for producing ferrite films
RU2616305C1 (en) Method for bismuth ferrite transparent nanoscale films production
Galstyan Dependence of Magneto-Optical Properties of Bi-YIG Thin Films on Post-Annealing Temperature
CN107056271B (en) GaFeO3Ceramic target material and preparation method of nano film
Afanasyev et al. Acquiring MIS Structures Based on Bа0. 8Sr0. 2TiО3 Ferroelectric Films and their Properties
CN113235159B (en) Method for preparing single crystal nickel ferrite film
CN108085742A (en) Form two chalcogenide of transition metal（TMDC）The method of material layer
JP2009221572A (en) Biaxial oriented thin film for oxide super-conducting wire, and its manufacturing method
Zhang et al. Fabrication and Characterization of Transparent P-Type ZnO Films Obtained by In Situ Oxidation of Sputtering Zn3N2: Al