RU2661160C1 - Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок - Google Patents

Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок Download PDF

Info

Publication number
RU2661160C1
RU2661160C1 RU2017128039A RU2017128039A RU2661160C1 RU 2661160 C1 RU2661160 C1 RU 2661160C1 RU 2017128039 A RU2017128039 A RU 2017128039A RU 2017128039 A RU2017128039 A RU 2017128039A RU 2661160 C1 RU2661160 C1 RU 2661160C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
magnetic
films
nanogranules
film
Prior art date
Application number
RU2017128039A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Николаевич Волочаев
Виктор Григорьевич Мягков
Виктор Степанович Жигалов
Людмила Евгеньевна Быкова
Игорь Анатольевич Тамбасов
Алексей Александрович Мацынин
Николай Петрович Шестаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН)
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 бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН)
Priority to RU2017128039A priority Critical patent/RU2661160C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661160C1 publication Critical patent/RU2661160C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/22Heat treatment; Thermal decomposition; Chemical vapour deposition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения тонких магнитных наногранулированных пленок. Способ включает последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре с последующим вакуумным отжигом полученной двухслойной пленки. Слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере из смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода при комнатной температуре. На полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия методом низкочастотного магнетронного распыления в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего осуществляют вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки при температуре 700°С. Технический результат заключается в упрощении технологии получения пленок, отсутствует агломерация магнитных наногранул, обеспечении возможности синтеза пленок с магнитными наногранулами заданного размера от единиц до сотни нанометров с малой дисперсностью магнитных наногранул. 2 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к технологиям получения тонкопленочных материалов, состоящих из наногранул ферромагнитного металла, внедренных в оксидную матрицу, и может применяться для разработки новых функциональных элементов в спинтронике, нанотехнологии, а также для создания элементов магнитной памяти и каталитически активных покрытий.
Известны различные способы получения магнитных наногранулированных (нанокомпозитных) тонких пленок, состоящих из магнитных наночастиц распределенных в немагнитной матрице.
Существует метод получения магнитных нанокомпозитных материалов путем осаждения на подложку изолированных кластеров магнитных наночастиц и покрытия кластеров изолирующим слоем [патент US 8273407 В2, МПК B05D 1/12, B05D 1/36, опубл. 25.09.2012].
Основным недостатком данного изобретения является сложность технологии, включающей в себя специальную трудоемкую подготовку подложек, а также использование методик химического и физического парофазного осаждения, приводящие к высокой себестоимости данного метода.
Известен способ получения наногранулированных магнитных пленок [патент US 7060374 В2, МПК H01F 10/00, H01F 10/32, опубл. 13.06.2006] методом одновременного магнетронного распыления металлической (например, Со, Fe, Ni) и оксидной керамической мишени (например, Al2O3, MgO). При этом формируется наногранулированная пленка с размерами магнитных гранул до 10 нм и оксидной прослойкой 0,5-1,5 нм между ними.
К недостаткам изобретения можно отнести малый диапазон размеров получаемых наногранул и низкую термическую стабильность материала, проявляющуюся в агломерации наногранул при нагреве.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения тонких ферромагнитных пленок Co-ZrO2 с помощью термитной реакции между осажденными на термостойкую подложку слоями оксида кобальта и циркония [V.G. Myagkov, V.S. Zhigalov, L.E. Bykova and others. Thermite sinthesis and characterization Co-ZrO2 ferromagnetic nanocomposite thin films. - Journal of Alloys and Compounds, 2016, 665, c.197-203.]. Недостатком этого способа является сложная технология получения пленки оксида ферромагнитного металла и его более низкая реакционная способность, связанная с большим размером зерна, образующимся при термическом окислении.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения тонких магнитных наногранулированных пленок с заданным размером магнитных наногранул, равномерно распределенных в оксидной матрице.
Техническим результатом данного изобретения является способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок, в котором упрощается технология получения пленок, отсутствует агломерация магнитных наногранул, существует возможность синтеза пленок с магнитными наногранулами заданного размера от единиц до сотни нанометров с малой дисперсностью магнитных наногранул.
Технический результат достигается тем, что в способе получения тонких магнитных наногранулированных пленок, включающем последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре и последующий вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки, новым является то, что слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, при комнатной температуре, на полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия низкочастотным магнетронным распылением в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки выполняют при температуре 700°С.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что слой оксида ферромагнитного металла наносят при комнатной температуре методом высокочастотного магнетронного распыления металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, и полученный двухслойный образец подвергается вакуумному отжигу при температуре 700°С.
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 представлена микрофотография и гистограмма распределения размеров наногранул кобальта для пленки Со-Al2O3 с толщиной исходного слоя Co3O4 15 нм. На фиг. 2 - микрофотография и гистограмма распределения размеров наногранул кобальта для пленки Со-Al2O3 с толщиной исходного слоя Co3O4 80 нм.
Сущность изобретения заключается в проведении металлотермической реакции в тонких двухслойных пленках, состоящих из слоя оксида ферромагнитного металла (Fe2O3, Co3O4, NiO) и слоя металла-восстановителя (Al, Zr, In, Mg, Ti и др.), химически значительно более активного, чем восстанавливаемый металл, при повышенных температурах. Слой оксида ферромагнитного металла получают путем реактивного высокочастотного магнетронного распыления металлической мишени в смеси газов аргон (70%) + кислород (30%) при комнатной температуре. Слой металла-восстановителя также осаждают методом магнетронного распыления, но в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона при комнатной (или ниже) температуре для предотвращения преждевременного инициирования реакции между слоями. Соотношения толщин реагентов определяется стехиометрией химической реакции. Синтез наногранулированных пленок осуществляется методом вакуумного отжига полученной двухслойной пленки при остаточном давлении в камере не ниже 10-6 Торр и температуре, при которой восстанавливается максимально возможное количество ферромагнитного металла в виде наногранул. Для каждого типа магнитных наногранулированных пленок температура отжига ТОТЖ индивидуальна и подбирается экспериментально в процессе исследования реакции (например, для пленок Fe-In2O3 ТОТЖ=250°С, Fe-ZrO2 ТОТЖ=500°С, Со-Al2O3 ТОТЖ=700°С). Время отжига составляет 60 минут. При этом размер магнитных наногранул, формирующихся при вакуумном отжиге, напрямую зависит от толщины исходного слоя оксида ферромагнитного металла. Варьируя толщину можно синтезировать наногранулированные пленки с размером магнитных гранул от единиц до сотни нанометров.
Пример осуществления
Получение наногранулированных тонких магнитных пленок Со-Al2O3
Тонкие пленки Со-Al2O3 изготавливались в следующей технологической последовательности:
1) получение тонкой пленки оксида кобальта Co3O4: тонкая пленка Co3O4 получается путем высокочастотного магнетронного распыления металлической кобальтовой мишени в смеси газов аргон (70%) + кислород (30%) при комнатной температуре, давлении газов в камере порядка 3×10-3 Торр, мощности 100 Вт и скорости напыления порядка 1,3-1,4 нм/мин. В качестве подложки может использоваться любой термостойкий материал, не вступающий в реакцию с материалами пленки (поликристаллический оксид алюминия, кварц, термостойкие стекла, MgO);
2) осаждение слоя алюминия поверх пленки Co3O4 путем низкочастотного магнетронного распыления в атмосфере чистого (99,99%) аргона при комнатной температуре, давлении аргона в камере порядка 3×10-3 Торр, токе 0,1 А и скорости напыления порядка 7 нм/мин;
3) вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки Co3O4/Al при температуре 700°С в течение 60 минут при остаточном давлении в камере порядка 10-6 Торр, необходимый для проведения термитной реакции: 3Co3O4+8Al → 9Со+4Al2O3.
Полученные тонкие магнитные пленки, содержащие наногранулы кобальта, внедренные в матрицу из оксида алюминия изучались на просвечивающем электронном микроскопе НТ-7700 Hitachi при ускоряющем напряжении 100 кэВ. На фиг. 1 видно, что полученный материал содержит наногранулы кобальта, средний размер которых 20 нм, на фиг. 2 - средний размер наногранул 150 нм. Частицы равномерно распределены в оксидной матрице.

Claims (1)

  1. Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок, включающий последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре и последующий вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки, отличающийся тем, что слой оксида ферромагнитного металла наносят высокочастотным магнетронным распылением металлической кобальтовой мишени в атмосфере смеси газов, состоящей из 70% аргона и 30% кислорода, при комнатной температуре, на полученный слой в качестве металла-восстановителя осаждают слой алюминия низкочастотным магнетронным распылением в атмосфере чистого, не менее 99,99%, аргона, после чего вакуумный отжиг полученной двухслойной пленки выполняют при температуре 700°С.
RU2017128039A 2017-08-04 2017-08-04 Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок RU2661160C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128039A RU2661160C1 (ru) 2017-08-04 2017-08-04 Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128039A RU2661160C1 (ru) 2017-08-04 2017-08-04 Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661160C1 true RU2661160C1 (ru) 2018-07-12

Family

ID=62916923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128039A RU2661160C1 (ru) 2017-08-04 2017-08-04 Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661160C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711700C1 (ru) * 2019-02-12 2020-01-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Способ получения композиционного высокоанизотропного материала CoPt-Al2O3 с вращательной анизотропией

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63103456A (ja) * 1986-10-20 1988-05-09 Fuji Electric Co Ltd 光磁気記録媒体の製造方法
SU1499573A1 (ru) * 1987-09-08 1992-03-07 Предприятие П/Я А-7873 Способ получени прозрачных провод щих пленок на основе оксидов инди и олова
JPH08296032A (ja) * 1995-04-24 1996-11-12 Bridgestone Corp ゴム系複合材の製造方法
RU2210619C2 (ru) * 2001-04-04 2003-08-20 Дочернее государственное предприятие "Институт ядерной физики" Национального ядерного центра Республики Казахстан Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления
RU2316613C1 (ru) * 2006-04-19 2008-02-10 Институт сильноточной электроники СО РАН Способ получения пленок оксида цинка
JP2011138954A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Canon Anelva Corp 強磁性層の垂直磁化を用いた磁気トンネル接合デバイスの製造方法
RU2522956C2 (ru) * 2012-11-02 2014-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Росбиоквант" (ООО "Росбиоквант") Способ получения наноструктуированных слоев магнитных материалов на кремнии для спинтроники
RU2532187C1 (ru) * 2013-09-26 2014-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения наноразмерных пленок феррита

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63103456A (ja) * 1986-10-20 1988-05-09 Fuji Electric Co Ltd 光磁気記録媒体の製造方法
SU1499573A1 (ru) * 1987-09-08 1992-03-07 Предприятие П/Я А-7873 Способ получени прозрачных провод щих пленок на основе оксидов инди и олова
JPH08296032A (ja) * 1995-04-24 1996-11-12 Bridgestone Corp ゴム系複合材の製造方法
RU2210619C2 (ru) * 2001-04-04 2003-08-20 Дочернее государственное предприятие "Институт ядерной физики" Национального ядерного центра Республики Казахстан Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления
RU2316613C1 (ru) * 2006-04-19 2008-02-10 Институт сильноточной электроники СО РАН Способ получения пленок оксида цинка
JP2011138954A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Canon Anelva Corp 強磁性層の垂直磁化を用いた磁気トンネル接合デバイスの製造方法
RU2522956C2 (ru) * 2012-11-02 2014-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Росбиоквант" (ООО "Росбиоквант") Способ получения наноструктуированных слоев магнитных материалов на кремнии для спинтроники
RU2532187C1 (ru) * 2013-09-26 2014-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения наноразмерных пленок феррита

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V.G. Myagkov, V.S. Zhigalov, L.E. Bykova and others. Thermite sinthesis and characterization Co-ZrO2 ferromagnetic nanocomposite thin films. - Journal of Alloys and Compounds, 2016, 665, c. 197-203. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711700C1 (ru) * 2019-02-12 2020-01-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Способ получения композиционного высокоанизотропного материала CoPt-Al2O3 с вращательной анизотропией

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Music et al. Ab initio study of Ti0. 5Al0. 5N (001)—residual and environmental gas interactions
US20040137158A1 (en) Method for preparing a noble metal surface
Zhang et al. Modification of structure and wear resistance of closed-field unbalanced-magnetron sputtered MoS2 film by vacuum-heat-treatment
Masłyk et al. Influence of absolute argon and oxygen flow values at a constant ratio on the growth of Zn/ZnO nanostructures obtained by DC reactive magnetron sputtering
Koh et al. Structural characterization of dual-metal containing diamond-like carbon nanocomposite films by pulsed laser deposition
Chappé et al. Influence of substrate temperature on titanium oxynitride thin films prepared by reactive sputtering
CN103956261B (zh) 纳米结构多功能铁磁复合薄膜材料和制备方法
RU2661160C1 (ru) Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок
ITMI990744A1 (it) Metodo per aumentare la produttivita' di processi di deposizione di strati sottili su un substrato e dispositivi getter per la realizzazione
Jiang et al. Influence of oxygen plasma treatment on the microstructure of SnOx thin films
Daniel et al. Texture development in polycrystalline CrN coatings: the role of growth conditions and a Cr interlayer
Dalbauer et al. On the phase evolution of arc evaporated Al-Cr-based intermetallics and oxides
Nielsch et al. Ferromagnetic nanostructures by atomic layer deposition: From thin films towards core-shell nanotubes
Luciu et al. Phase separation in NiCrN coatings induced by N2 addition in the gas phase: A way to generate magnetic thin films by reactive sputtering of a non-magnetic NiCr target
US6790476B1 (en) Method of adhesion between an oxide layer and a metal layer
Leng et al. Comparative properties of titanium oxide biomaterials grown by pulsed vacuum arc plasma deposition and by unbalanced magnetron sputtering
EP1624087B1 (en) A method for depositing thin layers of titanium dioxide on support surfaces
Zafeiratos et al. The interaction of oxygen with ultrathin Ni deposits on yttria-stabilized ZrO2 (1 0 0)
Watanabe et al. Surface oxidation of aluminium nitride thin films
JP5783669B2 (ja) 触媒金属微粒子形成方法
Pulsipher et al. O2 plasma treatment of mesoporous and compact TiO2 photovoltaic films: Revealing and eliminating effects of Si incorporation
KR101327262B1 (ko) 세라믹 지지체 표면에 산화금속 나노와이어를 합성하는 방법 및 이로부터 합성한 산화금속 나노와이어
KR100701106B1 (ko) 금속 나노 입자의 형성방법
RU2751704C1 (ru) Способ получения антикоррозионного покрытия на изделиях из монолитного никелида титана
Shin et al. Formation and characterization of crystalline iron oxide films on self-assembled organic monolayers and their in situ patterning