WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 9 05;06;09 Феррогранатовые пленки с повышенной термостабильностью магнитных параметров © С.И. Ющук, П.С. Костюк, И.Е. Лопатинский Государственный университет ”Львовская политехника”, 290646 Львов, Украина (Поступило в Редакцию 23 мая 1997 г.) В интервале температур 213-353 K исследован ферромагнитный резонанс в феррогранатовых пленках Y3Fe5-xGaxO12 (0 x 0.63), полученных методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на подложках из галлий-гадолиниевого граната. Установлено, что при ЖФЭ коэффициент распределения галлия в пленках изменяется в пределах от 2.2 до 4.0 в зависимости от состава и условий выращивания. Установлена возможность температурной стабилизации резонансных магнитных полей за счет температурных изменений намагниченности насыщения и поля анизотропии.

В последние годы возрос интерес к применению мо- зует количество окиси галлия, вводившейся в шихту для нокристаллических пленок феррогранатов в микровол- замещения окиси железа. Высокие значения температур новых устройствах, работающих на магнитостатических насыщения расплава 1200-1235 K были выбраны исходя волнах (МСВ) [1,2]. Основные требования к таким из требования минимального вхождения ионов Pb2+ в устройствам — наличие минимальных магнитных потерь эпитаксиальные слои [4].

при распространении МСВ и высокая частотная ста- Выращенные Ga : ЖИГ пленки с x 0.3 толщиной бильность в рабочем диапазоне температур. Магнитные 1-10 µm имели гладкую блестящую поверхность без потери определяются шириной линии H ферромагнит- наплывов и микротрещин. Однако по мере увеличения ного резонанса (ФМР). Для пленок железо-иттриевого толщины пленок и содержания в них галлия качество граната (ЖИГ) можно получить минимальные значе- поверхности ухудшалось. Вырастить качественные пленния H 0.5 Oe. Одним из способов повышения ки со значениями x 0.6 и толщиной более 5 µm стабильности работы устройств на МВС может быть не удалось из-за большой разницы параметров кристалприменение в них феррогранатовых пленок с повышен- лической решетки пленки и подложки a 0.015.

ной термостабильностью магнитных параметров. Однако Содержание ионов галлия в Ga : ЖИГ пленках по данпленки ЖИГ, используемые в устройствах на МСВ, ным рентгеновского локального микроанализа несколько обладая минимальными магнитными потерями, имеют отличалось от расчетных значений (см. таблицу). Такое неудовлетворительную термостабильность.

расхождение можно объяснить тем, что при расчете Настоящая работа посвящена поиску феррогранато- составов шихты не учитывалось изменение коэффициента распределения KGa [5] в зависимости от содержания вых пленок с минимальными значениями ширины линии галлия и температурных режимов роста. При расчетах ФМР и повышенной термостабильностью. С этой целью исследовалась возможность повышения термостабильно- шихты использовали значение KGa = 2.2. Коэффициент сти параметров пленок феррогранатов Y3Fe5-xGaxO12 распределения галлия в пленках определяли из соотношения (0 x 0.6) за счет различного температурного xGa хода намагниченности насыщения 4Ms и поля анизоxGa+xFe f тропии Ha.

KGa =, (1) xGa Пленки выращивали методом жидкофазной эпитакxGa+xFe m сии путем изотермического погружения горизонтальгде xGa и xFe — содержание галлия и железа в пленке ( f ) но расположенной подложки из галлий-гадолиниевого и растворе–расплаве (m).

граната (ГГГ) ориентации (111) в переохлажденный Как видно из таблицы, значения KGa для пленок раствор–расплав гранато-образующих окислов Fe2O3, Ga : ЖИГ с x 0.1 значительно отличаются от литеY2O3, Ga2O3 и флюса PbO–B2O3 общей массой 6 kg.

Расчет состава шихты проводился по молярным со- ратурных данных KGa = 2.2 [5].

отношениям R1-R4 [3]. Эти соотношения выбирали Состав Ga : ЖИГ замещенных пленок зависит не тольиз соображения стабильности гранатовой фазы для со- ко от состава раствора–расплава, но и от скорости ставов с различным содержанием ионов галлия. При их роста, которая в свою очередь зависит от степени изменении параметра x в химической формуле ферро- переохлаждения расплава T. Изменение в Ga : ЖИГ гранатовых пленок от 0.03 до 0.6 соотношения R1-R4 пленках концентрации ионов Ga3+ и Pb2+ приводит к имели следующие значения или находились в пределах: изменению параметров 4Ms и H. На рис. 1 приведены R1 = 28.35-29.96, R2 = 17.2-685.0, R3 = 15.6, зависимости скорости роста пленки f 4Ms и H от стеR4 = 0.149. Соотношение R2 = Fe2O3/Ga2O3 характери- пени переохлаждения T раствора–расплава с x = 0.1.

Феррогранатовые пленки с повышенной термостабильностью магнитных параметров Составы Ga : ЖИГ пленок, параметры кристаллической решетки, коэффициенты распределения галлия Расчетный Состав ферритовой Параметр решетки Параметр решетки Коэффициент распределения состав x пленки x подложки ГГГ, пленки, Ga3+, отн. ед.

0.03 0.028 12.3821 12.3723 4.0.05 0.053 12.3826 12.3718 3.0.1 0.140 12.3822 12.3735 2.0.3 0.380 12.3826 12.3708 2.0.5 0.560 12.3821 12.3691 2.0.6 0.630 - - 2. По содержанию окиси галлия в шихте.

Измерение параметров ФМР проводили по волноводной Ga : ЖИГ замещенных пленках, выращенных при одинаметодике [6] на образцах диаметром 0.1 mm, изготовлен- ковой температуре переохлаждения T = 10 K. Видно, ных методом химического травления [7]. что с ростом содержания галлия в пленках H сначала уменьшается, достигая минимального значения 0.2 Oe Из рис. 1 видно, что с возрастанием переохлаждения при x = 0.18. На этом же рисунке представлена кривая линейно увеличивается скорость роста пленок. Возрастаконцентрационной зависимости поля анизотропии Ha, ет также и намагниченность насыщения. При изменении на которой также имеется острый минимум, несколько степени переохлаждения от 5 до 40 K коэффициент сдвинутый относительно минимума кривой H. Можно распределения KGa уменьшается в пределах от 3.39 до сделать вывод, что эти зависимости коррелируют, т. е.

2.23, что говорит об уменьшении в пленках содержания ионов Ga3+. Так как ионы галлия замещают ионы Fe3+ ширина линии ФМР Ga : ЖИГ пленок зависит от величины поля анизотропии. Причем параметр H Ga : ЖИГ преимущественно в тетраэдрических положениях, то это монокристаллических пленок растет уже при значениях должно приводить к возрастанию намагниченности насыx 0.3 в отличие от объемных Ga : ЖИГ монокристалщения, что и наблюдается.

лов, где ширина линии ФМР почти не изменяется до Что касается параметра H, то на рис. 1 он проходит значения x = 0.8 [6].

через минимум при T = 18 K и затем снова возрастает.

Различие в поведении H в пленках и монокристаллах Возрастание H скорее всего обусловлено увеличением обусловлено тем, что поле анизотропии в объемных в пленках количества поступающих из шихты ионов монокристаллах имеет кристаллографическую природу, Pb2+, вхождение которых в ферритовую пленку пропора в пленках оно состоит из трех составляющих: магнитоционально скорости ее роста [8]. Наличие минимума кристаллической, наведенной напряжениями и индуцирона кривой H можно объяснить взаимной зарядовой ванной в процессе роста. Наличие в пленках наведенной компенсацией ионов Pb2+ и Pt4+, последние из которых и индуцированной ростом составляющих анизотропии всегда имеются в небольшом количестве в шихте за счет вызвано особенностями технологии их получения.

платинового тигля [3].

Увеличение поля анизотропии в Ga : ЖИГ пленках На рис. 2 представлены зависимости ширины линии с увеличением содержания галлия (рис. 2) связано с ФМР и поля анизотропии от содержания ионов галлия в Рис. 1. Зависимости скорости роста fp (1), намагниченности Рис. 2. Зависимости ширины линии ФМР H (1) при насыщения 4Ms (2) и ширины линии ФМР H (3) при T = 295 K и поля анизотропии Ha (2) от содержания ионов T = 295 K от степени переохлаждения T. галлия (x) в пленках Y3Fe5-xGaxO12.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 48 С.И. Ющук, П.С. Костюк, И.Е. Лопатинский где — резонансная частота; — гиромагнитное отношение, равное 2.8 MHz/Oe; значение резонансного поля Hr определяется частотой СВЧ поля, намагниченностью насыщения 4Ms и полем анизотропии Ha.

Для продольного резонанса, где = (Hr + Ha)(Hr + 4Ms + Ha), (3) при условии постоянства частоты с уменьшением намагниченности насыщения резонансное поле должно возрастать. Следовательно, при постоянной частоте для ферритовых пленок с различным содержанием галлия величины Hr, Hr и их изменения с температурой определяются параметрами 4Ms, Ha и температурными изменениями последних (рис. 4). Как следует из рис. 4, a, с увеличением содержания ионов Ga3+ в пленках наряду с уменьшением намагниченности насыщения (кривые 5–8) изменяется и ее температурная зависимость. При возрастании температуры от 213 до 353 K для чистого ЖИГ наклон кривой 5 составляет 2.9 Gs/K, а для пленок с x = 0.38 он равен 2.0 Gs/K (кривая 8).

Рис. 3. Температурные зависимости резонансных полей Hp Как видно из рис. 4, b, в исследованном температурном и Hp для пленок Y3Fe5-xGaxO12: x = 0 (1, 9); 0.14 (2, 8); интервале поле анизотропии Ga : ЖИГ пленок при малых 0.38 (3, 7); 0.56 (4); 0.63 (5, 6).

степенях замещения (x = 0.14) изменяется незначительно по сравнению с чистым ЖИГ, при x = 0.оно заметно уменьшается, а при больших замещениях (x = 0.63) заметно увеличивается. Из рис. 4, b видно, ростом упругих напряжений, возникающих в системе что для состава с большим замещением x = 0.пленка–подложка из-за несоответствия параметров их (кривая 1) температурные изменения поля анизотропии кристаллических решеток. По данным наших измерений, самые малые.

с возрастанием x от 0.1 до 1.0 разница параметров решеток пленки и подложки возрастает от 0.0087 до 0.0206, что приводит при больших несоответствиях к появлению трещин в пленках с x = 1.0.

ДляGa : ЖИГпленоксразнымиx нами были измерены температурные зависимости намагниченности насыщения, поля анизотропии и резонансных полей. Интервал температур 213–353 K соответствует наиболее реальным рабочим температурам микроволновых приборов, в которых могут быть использованы ферритовые пленки.

Резонансные поля Hp и Hp измеряли при направлениях постоянного магнитного поля, нормальном (перпендикулярный резонанс) и касательном (параллельный резонанс) к плоскости пленки. Результаты измерений температурных зависимостей резонансных полей Hr и Hr для пленок Ga : ЖИГ различного состава приведены на рис. 3. Как видно из рис. 3, при данной температуре величина резонансного поля Hr уменьшается примерно на 100-150 Oe при увеличении содержания галлия в ферритовой пленке на 0.1 атома на формульную единицу (кривые 1–5). При параллельном резонансе величина Hr возрастает на 50-100 Oe с увеличением параметра x на 0.1 (кривые 6–9). Для перпендикулярного резонанса [9] Рис. 4. Температурные зависимости намагниченности насыщения (a) и поля анзизотропии (b) ферритовых пленок Y3Fe5-xGaxO12: x = 0.63 (1); 0.14 (2, 6); 0 (3, 5); 0.38 (4, 8);

= Hp - 4Ms + Ha, (2) 0.23 (7).

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Феррогранатовые пленки с повышенной термостабильностью магнитных параметров Рис. 5. Температурные зависимости ухода резонансного поля при параллельном Hr и перпендикулярном Hr резонансах:

x = 0 (1, 11), 0.14 (2, 10), 0.38 (3, 9), 0.63 (4, 7), 0.56 (8); 5, 6 — кривые с наклоном 5 = 6 = 1.0Э/К.

В соответствии с (2), (3) для поддержания постоян- с кривой для пленки чистого ЖИГ: 7 = 1.4Oe/K ной рабочей частоты микроволновых устройств, т. е. для и 11 = 3.2 Oe/K соответственно. Для сравнения для повышеняи их термостабильности, необходимо, чтобы обоих резонансов на рис. 5 приведены штриховые кривые величина температурных изменений резонансного поля с наклоном 5 = 6 = 1.0Oe/K.

компенсировалась суммарной величиной температурных Из сравнения температурных зависимостей Hp (T ) изменений 4Ms и Ha. На практике температурный уход и H (T ) видно, что для пленок одного состава кривая p резонансной частоты от фиксированного значения опреухода резонансного поля при параллельном резонансе деляется изменением резонансного поля с температурой более пологая, чем при перпендикулярном. Так, для относительно его значения при комнатной температупленки с x = 0.63 в одинаковом интервале температур ре Tk.

при перпендикулярном резонансе 7 = 1.4Oe/K, а при На рис. 5 для ферритовых пленок Ga : ЖИГ с параллельном 4 = 1.0Oe/K.

x = 0-0.63 представлены температурные зависиТаким образом, замещение в пленках ЖИГ ионов мости ухода резонансного поля при параллельном Hr = HrT -Hrk и перпендикулярном Hr = HrT -Hrk Fe3+ немагнитными ионами Ga3+ позволяет повысить температурную стабильность резонансного поля, но при резонансах, где HrT и HrT — резонансные поля при этом возрастает ширина линии ФМР. Кроме того, температуре T, а Hrk и Hrk — при Tk. Из рис. не удается вырастить толстые пленки с большим совидно, что с увеличением количества ионов Ga3+ в держанием галлия (x 0.63) из-за возникающих ме пленках наклоны кривых Hr (T ) и Hr (T ) заметно ханических напряжений, обусловленных возрастающей уменьшаются. Так, для пленки с x = 0.63 наклон кривой разницей параметров кристаллической решетки пленки Hr(T ) уменьшается более чем в 2 раза по сравнению и подложки.

4 Журнал технической физики, 1998, том 68, № 50 С.И. Ющук, П.С. Костюк, И.Е. Лопатинский Список литературы [1] Адам М.Р., Шродер Д.К. // Электроника. 1980. Т. 53. № 11.

С. 74–84.

[2] Никитов В.А., Никитов С.А. // Зарубежная электроника.

1981. № 12. С. 11–23.

[3] Балбашов А.М., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники. М.: Энергия, 1979. С. 159.

[4] Glass H.L., Elliot M.T. // J. Cryst. Growth. 1974. Vol. 27.

P. 253–260.

[5] Эшенфельдер А. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов. М.: Мир, 1983. С. 334.

[6] Яковлев Ю.М., Генделев С.Ш. Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике. М.: Сов. радио, 1975. С. 269.

[7] Ющук С.И., Костюк П.С. // ПТЭ. 1996. Т. 39. № 6. С. 79–81.

[8] Glass H.L. // J. Cryst. Growth. 1977. Vol. 33. N 1. P. 183–188.

[9] Glass H.L., Liaw H.W., Elliott M.T. // Mat. Res. Bull. 1977.

Vol. 12. P. 735–740.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.