WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 4 05;11;12 Ферромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках одноосных бариевых гексаферритов © И.В. Зависляк, В.И. Костенко, Т.Г. Чамор, Л.В. Чевнюк Киевский национальный университет им. Т.Г. Шевченко, 01033 Киев, Украина e-mail: zav@univ.kiev.ua (Поступило в Редакцию 22 июня 2004 г.) Проведены исследования магнитных параметров эпитаксиальных пленок гексаферрита бария. Приведены экспериментальные результаты гистерезиса частотно-полевых зависимостей ферромагнитного резонанса (ФМР) эпитаксиальных пленок бариевого гексаферрита в области перехода из многодоменного состояния в однодоменное и обратно. Исследовано влияние толщины подложки на связь эпитаксиальной пленки с полем СВЧ.

1. Введение вблизи максимума резонансной кривой. Кроме этого, исследования проводились с применением панорамного Гексагональные ферриты, в частности бариевый фер- измерителя КСВН. В этом случае мы измеряли знарит BaFe12O19, благодаря их высокой одноосной анизо- чения КБВ, которые отражали суммарные потери в тропии и сравнительно небольшой ширине линии ферро- волноводном тракте, состоящие из потерь в ненагрумагнитного резонанса (ФМР) (2 H) дают возможность женном образцом волноводном тракте, потерь на ФМР повысить рабочие частоты СВЧ устройств до 100 GHz в пленке гексаферрита, а также из потерь, связанных и выше [1]. Использование железо-иттриевого граната с диэлектрическим резонансом в подложке. Поскольку (ЖИГ) в этом диапазоне частот практически невозмож- потери в ненагруженом волноводном тракте и потери в но из-за необходимости применения больших внешних подложке не зависят от внешнего поля H0, а поглощение магнитных полей. в пленке гексаферрита зависит, то его легко выделить из суммарных потерь путем вычитания. Величину Ha По сравнению с объемными монокристаллами приопределяем по формуле менение эпитаксиальных пленок имеет ряд преимуществ [2]. Рост пленок до толщин 2–5 микрон методом 0 жидкофазной эпитаксии длится несколько десятков ми- Ha = - H0 + 4M0, нут, благодаря чему процесс является более контролируемым по сравнению с методами выращивания объемных где 4M0 — намагниченность насыщения, — гиромагмонокристаллов. В дальнейшем можно ожидать полученитное отношение, 0 — резонансная частота.

ния эпитаксиальных монокристаллических пленок более Значения резонансной частоты 0 и H0 мы получаем высокого качества. К тому же применение эпитаксиальс эксперимента, M0 должно быть получено из независиных пленок дает возможность построения интегральных мых экспериментов. Нами значение M0 взято из литеустройств спин-волновой электроники миллиметрового ратурных источников, и при расчетах мы предполагали, диапазона. По указанным выше причинам исследования что оно не меняется для всех эпитаксиальных пленок магнитных СВЧ параметров эпитаксиальных пленок чистого бариевого гексаферрита. Для чистого бариевого являются актуальными и важными для их улучшения, гексаферрита M0 равна 0.375 kGs [3].

с одной стороны, и практического применения в устройПри полях H0, достаточных для насыщения, резонансствах миллиметрового диапазона (резонаторы, фильтры, ный пик может находиться в различных участках спектра линии задержки и др.), с другой.

неферромагнитных потерь, что заметно влияет на точНами проведены экспериментальные исследования ность определения 2 H. Анализ результатов многократФМР нескольких десятков образцов эпитаксиальных ных измерений 2 H показывает, что при использовании пленок чистого гексаферрита бария и замещенного панорамного измерителя КСВН погрешность опредеалюминием, выращенных на подложках из гексагал- ления 2 H не превышает 10%, а при использовании лата стронция SrGa12O19 при разных технологических измерительной линии погрешность порядка 5%. Анализ режимах. Исследования проводились на стенде с из- полученных экспериментальных результатов позволяет мерительной линией. На фиксированной частоте из- обнаружить некоторые особенности ФМР.

мерялась зависимость коэффициента бегущей волны В зависимости от технологии выращивания пленок од(КБВ), пропорционального µ -мнимой части магнитной ноосная анизотропия Ha изменяется от 15.3 до 17.1 kOe.

проницаемости пленки, от внешнего магнитного поля, Поле Ha монокристаллических объемных образцов сокоторое изменялось дискретно (по точкам). Интервал ставляет примерно 17 kOe, а 2 H — 25-30 Oe. Для между точками выбирался произвольно и уменьшался большинства пленок Ha меньше, чем для монокристалФерромагнитный резонанс в эпитаксиальных пленках одноосных бариевых гексаферритов Зависимость измеренных магнитных параметров Ha и2 H, а также поглощения в измерительном волноводе от толщины подложки для образца эпитаксиальной пленки гексаферрита бария толщиной 5 µm прямоугольной формы Толщина подложки, µm Km K0 f, GHz H0, кЭ 2 f, Hz 2 H, Oe Ha, Oe 500 0.91 0.10 44.87 4.00 270 96 16.450 0.85 0.10 44.72 4.00 230 82 16.400 0.67 0.08 44.60 4.00 200 71 16.290 0.24 0.07 44.65 4.00 170 60 16.190 0.13 0.05 45.49 4.23 170 60 16.Примечание. Km — поглощение в максимуме резонансной кривой, K0 — поглощение в тракте вне пределов линии ФМР.

лических образцов, а 2 H изменяется от 40 до 200 Oe. в исходном состоянии (H0 = 0) образована структура Известно, что в эпитаксиальных пленках гексаферри- плоскопараллельных доменов, то в пластинах толщиной та бария возникает дополнительная одноосная анизо- больше 50 µm резонансная частота почти не зависит тропия Ha вызванная упругими напряжениями вслед- от поля [7]. С уменьшением толщины пластинки стаствие несоответствия параметров решетки a пленки новится заметным спад частоты ФМР с ростом пои подложки [4]. Для BaFe12O19 a/a ( a — разни- ля H0. В пленках толщиной несколько микрометров ца величин параметров решеток пленки и подложки) этот эффект должен быть еще более значителен [7], что равна 1.65% [5]. По этой причине суммарное поле подтверждают измерения (см. рисунок). С увеличением одноосной анизотропии Ha будет изменяться от пленки поля до насыщения (стрелка указывает направление, в к пленке, а неоднородные упругие напряжения будут котором изменяется внешнее поле) частота уменьшаетуширять линию ФМР. Кроме этого, в эпитаксиальных ся примерно на 3 GHz. В нашем случае поле насыщения пленках гексаферрита бария в процессе эпитаксиального H1 = 3.7 kOe, что на 1 kOe меньше, чем 4M0, которая роста может происходить термодиффузия ионов галлия равна 4.71 kOe. Для объемных монокристаллических из подложки аналогично [6]. образцов при H0 > H1 резонансные частоты ложатся на прямую 0 = (Ha + H0 - 4M0). Штриховой линией Из показанной на рисунке зависимости резонансной показана зависимость 0(H0) для случая массивной плачастоты 0 от внешнего поля H0 при нормальном стинки. Как видим, переход на кривую для однодоменной намагничивании эпитаксиальной пленки гексаферрита (насыщенной) пластинки (точка A) происходит в поле бария видны две области частот (или полей), в которых H1 = 4M0. Для тонкой пленки H1 < 4M0. При уменькривая 0(H0) имеет существенно различный ход. В пошении внешнего поля до значений H0 = H1 наблюдается лях, меньших поля насыщения, в пленке существует догистерезис зависимости 0(H0). Вполе H0 = H1 не променная структура (ДС), поэтому характер зависимости исходит зарождения доменной структуры. С дальнейшим 0(H0) определяется типом исходной структуры. Если уменьшением H0 до поля, которое мы называем полем срыва H2, пленка остается однодоменной. Явление гистерезиса, с одной стороны, возможно, объясняется особенностями магнитной анизотропии пленок, а с другой — наличием дефектов. В области полей H0 < 4Mвнутреннее магнитное поле H3 = H0 - 4M0 < 0 стремится размагничивать пленку, что происходит в связи с ростом зародышей обратной намагниченности. Однако, если пленка обладает достаточным количеством дефектов, она может остаться однодоменной и в отсутствие поля. В противном случае в поле H2 < H1 резко увеличиваются в объеме домены обратной намагниченности и образец скачком переходит в многодоменное состояние.

Однако, как видно из рисунка, с уменьшением H0 в точке H2 нет резкого скачка и кривые 1 и 2 при H0 < Hне совпадают. Возможно, это связано с тем, что пленка не представляет собой односвязной магнитной области, а может состоять из отдельных блоков, в которых ДС Гистерезис полевой зависимости резонансной частоты в зарождается при различных значениях H0 в интервале эпитаксиальной пленке гексаферрита бария. Ha = 16.8kOe, полей 0 < H0 < H2. Величина H2 и характер кривой 2 H = 100 Oe. 1 — зависимость при возрастании поля H0, 2 — при уменьшении поля. 0(H0) в области полей H0 < H2 могут служить критерием качества пленки. Весьма важным для дальнейшего 9 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 130 И.В. Зависляк, В.И. Костенко, Т.Г. Чамор, Л.В. Чевнюк является установление возможной связи между 2 H, с феррита при нормальном намагничивании при переходе одной стороны, величиной H2 и характером кривой 2 — из многодоменной области в однодоменную и обратно.

с другой. 3. Установлено резкое увеличение интенсивности поглощения СВЧ при ФМР в эпитаксиальных пленках Оптимальными при исследовании ФМР в объемных бариевого гексаферрита по сравнению с объемными монокристаллических образцах были пластинки толмонокристаллами.

щиной 35-45 µm, поскольку с уменьшением толщины падает интенсивность поглощения, а при толщинах меньше 25 µm волноводная методика не позволяет поСписок литературы лучать удовлетворительные результаты по всем нужным параметрам [7]. В то же время хорошая плен- [1] Lebedev S.V., Patton C.E., Wittenauer M.A. et al. // J. Appl.

ка (2 H = 40 Oe) толщиной 3 µm на подложке гекса- Phys. 2002. Vol. 91. N 7. P. 4426–4431.

[2] Glass H.L. // J. Appl. Phys. 1987. Vol. 61. P. 4111.

галлата стронция толщиной 400 µm также интенсивно [3] Яковлев Ю.М., Генделев С.Ш. Монокристаллы ферритов в взаимодействует с полем СВЧ, как и пластинка толрадиоэлектронике. М.: Сов. радио, 1975. 324 с.

щиной 30-35 µm. Очевидно, что мы здесь имеем дело [4] Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. 1032 с.

с влиянием подложки на интенсивность поглощения [5] Tanasolu C., Florescu V., Rosenberg M. // Mut. Res. Bull. 1971.

пленки благодаря концентрации поля в ней или других Vol. 6–8. P. 1257–1260.

механизмов. Для того чтобы убедиться в справедливо[6] Roschmann P., Lemke M., Tolksdorf W., Welz F. // Mut. Res.

сти этого предположения, был поставлен следующий Bull. 1984. Vol. 19. N 3. P. 385–392.

эксперимент. Измерялась зависимость поглощения и [7] Kostenko V.I., Sigal M.A. // Phys. Stat. Sol. (b). 1992. Vol. 170.

резонансных частот образца в волноводном тракте от P. 569–584.

толщины подложки при ее уменьшении, толщина гексаферритовой пленки при этом оставалась неизменной. Из приведенных в таблице данных видно, что с уменьшением толщины подложки значительно уменьшается поглощение в максимуме резонансной кривой Km. Наряду с этим уменьшается экспериментальное значение 2 H, тогда как поле анизотропии остается практически неизменным. Если уменьшение интенсивности поглощения находит адекватное объяснение, то остается неясным уменьшение 2 H c утоньшением подложки. Данные, приведенные в таблице, получены на панорамном измерителе коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН).

Дополнительно мы исследовали составную структуру.

К пластинке из монокристаллического гексаферрита толщиной 25 µm прикладывалась подложка из гексагаллата стронция, при этом интенсивность взаимодействия пластинки феррита увеличивалась незначительно. Эти исследования, а также экспериментальный факт сужения ширины линии ФМР при уменьшении толщины подложки свидетельствуют о том, что в эпитаксиальных пленках бариевого гексаферрита появляются новые механизмы релаксации неприсущие объемным монокристаллам.

Для выяснения этих механизмов необходимо проводить дополнительные исследования.

2. Заключение 1. Установлено, что в эпитаксиальных пленках бариевого гексаферрита величина Ha меньше, чем в объемных монокристаллических образцах, при этом корреляции между величиной Ha и шириной линии ФМР не установлено.

2. Обнаружен гистерезис частотно-полевых зависимостей ФМР в эпитаксиальных пленках бариевого гексаЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып.




© 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.