Особенности перемагничивания высококоэрцитивных покрытий сплавов Со-РС мелкодисперсной структурой

Рис.2. Схематическое изображение магниточувствительных структур, которые создаются с использованием технологии TEMPOS. Технология TEMPOS используется для создания электронных устройств типа МОП-структур, обладающих нелинейными вольт- амперными характеристиками, в том числе с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В резул

ьтате комплексных исследований структур типа TEMPOS была показана возможность создания на их основе около 35 электронных устройств, таких как термо-, фото- сенсоры, датчики влажности и алкоголя, усилители, частотные умножители, модуляторы амплитуды, осцилляторы, электронные ключи и другие [3 - 4].Для получения структур, использующихся в нашей работе, посредством стандартной технологии термического окисления (обжиг при температуре 1100 оС в течение 10 часов в атмосфере очищенного кислорода), на поверхности пластины кремния был создан слой диоксида кремния толщиной 0,7±0,1 мкм. Затем полученные образцы подвергались облучению ионами 197Au26+ с энергией 350 МэВ и флюенсом 5 х 108 см-2 в Центре Технологий Ионных Пучков («ISL») Хан-Майтнер-Института в г.Берлин (Германия). На следующем этапе работы, сформированные в слое SiO2 латентные ионные треки протравливались плавиковой кислотой (HF) c концентрациями 1.35 % и 2.7 % при 20±1 oC, согласно методикам селективного химического травления.

Процесс селективного травления ионных треков в слое диоксида кремния можно рассмотреть на примере использования плавиковой кислоты с концентрацией 1.35 %. Вследствие различия в скоростях травления облученного и необлученного оксида кремния в слое SiO2 формируются поры в виде конусов. Процесс травления можно представить в виде следующей схемы (рис.2). На начальных этапах травления на поверхности SiO2 протравливается небольшой конус (Рис.2а). Вероятно, в вершине этого конуса из-за высокой скорости травления внутри трека формируется тонкая растравленная область, которая достаточно быстро достигает основания Si подложки (Рис.2 б). По мере травления увеличивается диаметр вершины поры (dверш.) и увеличивается глубина, на которую протравливается пора (lпоры). При этом происходит также уменьшение толщины слоя SiO2, (dSiO2). Через определенное время (~ 40 мин.) толщина слоя оксида кремния становится равной глубине поры (Рис.2 в). Далее конус травления поры становится усеченным – открывается поверхность Si-подложки (Рис.2 г). Диаметр основания поры (dосн.) с увеличением продолжительности травления постоянно растет, растет и диаметр ее вершины. Так продолжается до тех пор, пока слой SiO2 полностью не растворится в HF. Таким образом, были сформированы стохастически размещенные поры в виде усеченных конусов с диаметрами оснований 200 нм (на границе с Si) и 250 нм, и высотой 200 нм. Травление треков осуществлялось на всю глубину слоя SiO2 , до кремниевой подложки. Рис.3. Этапы травления латентных ионных треков в слое SiO2 на подложке Si.

В дальнейшем, для формирования слоев наночастиц металлов, была применена технология подпотенциального электрохимического осаждения, благодаря которой возможно формирование однородных наноструктур и совокупностей нанокластеров металлов, диэлектриков и полупроводников и/или их чередующихся слоев. Данная технология характеризуется высоким уровнем контроля процесса, включая варьирования структурных параметров, таких как размеры кластера, толщина слоя, последовательность слоев, а также композицию и морфологию осаждаемого материала посредством изменения потенциала электрода [7]. Таким образом были подготовлены экспериментальные образцы структур с наночастицами Cu и Ni (рис.3, 4). Важно отметить, что данный метод позволяет формировать как однородные наноструктуры, так и совокупности нанокластеров металлов, диэлектриков и полупроводников и/или их чередующихся слоев. Он характеризуется высоким уровнем контроля процесса, включая варьирование структурных параметров, таких как размеры кластера, толщина слоя, последовательность слоев, а также композиции и морфологии осаждаемого материала посредством изменения потенциала электрода. Кроме того, для реализации метода подпотенциального осаждения необходимо простое оборудование, малые энергозатраты, и он является экологически чистым.

Рис. 4. Изображения сканирующей электронной микроскопии нанокластеров Cu, осажденных на поверхность подложек Si (а, b) и в нанопоры системы SiO2/Si (c, d) из раствора 0,5 моль/л H3BO3 +0.005 моль/л CuSO4 при потенциале электрода минус 0.5 В в течение 20 с (а, b) и 120 с (c, d).

Рис. 5. Изображения сканирующей электронной микроскопии нанокластеров Ni электроосажденных на Si (a, b) и в нанопоры системы SiO2/Si (c, d) из раствора 0.5 моль/л H3BO3 +0.5 моль/л NiSO4 при потенциале электрода минус 1 В в течение 20 с (a, b) и 120 с (c, d).

В качестве рабочих электродов для подпотенциального осаждения использовались монокристаллические Si пластины с кристаллографической ориентацией (100), вырезанные из кремния марки КЭФ-4.5. Для получения равномерного распределения потенциала по поверхности с тыльной (не рабочей) стороны на кремниевые пластины напылялась тонкая пленка Al (d ~ 0,1мкм), к которой подводился электрический контакт. Дополнительно в месте крепления держателя на электрод наносилась In-Ga эвтектика. Поверхность напыленной пленки алюминия, подвергающаяся воздействию электролита, защищалась при помощи лака марки ХСЛ. Перед осаждением халькогенов и халькогенидов металлов на кремний, а также перед электрохимическими измерениями Si электроды обрабатывались последовательно в HNO3 (17 моль/л) при T = 80 oC в течение 30 с, затем в HF (w = 10 %) при 20 оС в течение 10 с с последующим закреплением в 20 % растворе NH4F в течение 5 минут. Далее Si электроды промывались деаэрированной аргоном бидистиллированной водой. Подготовленная таким образом поверхность Si является гидрофобной и водородонасыщенной, содержащей связи Si–H. Рабочими растворами являлись водные растворы солей металлов, подкисленные H3BO3. Растворы готовились c использованием бидистиллированной воды.

Экспериментальная установка подпотенциального осаждения состоит из потенциостата ПИ-50-1-1 с программатором ПР-8 и двухкоординатного планшетного самописца Н 307. Электрохимические эксперименты выполнены в стандартной трехэлектродной стеклянной ячейке с разделенными электродными пространствами. Для фотоэлектрохимических измерений используется кварцевая ячейка, снабженная плоско-параллельным окном. Также используется платиновый вспомогательный электрод и насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения (ЭВ-1) (+0.201 В отн. НВЭ). В потенциодинамических измерениях скорость развертки потенциала составляет 20 мВ/с. Перед экспериментом растворы термостатируются при 20 °С и деаэрируются пропусканием тока очищенного в аппарате ПГ-1 аргона.

В настоящее время, в рамках реализации следующего этапа работ по созданию прототипов магнитных сенсоров, проводятся комплексные электрофизические измерения полученных наноструктур с нанкластерами Cu и Ni в протравленных ионных треках в слоях SiO2 . Первые измерения вольт-амперных характеристик показали их подобие аналогичным измерениям для диодов Шоттки, что соответствует более ранним исследованиям для TEMPOS – структур [3 - 5]. Также планируется изучение электрофизических свойств структур с нанокластерами никеля в магнитных полях напряженностью до 0.5 Т.

 Скачать реферат