авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Дефекты структуры, механические, электрические и магнитные свойства монокристаллических пленок феррошпинелей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВА Маргарита Рудольфовна

ДЕФЕКТЫ СТРУКТУРЫ, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ФЕРРОШПИНЕЛЕЙ

01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Самара 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Самарский государственный технический университет”.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

МИТЛИНА Людмила Александровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

МУРАТОВ Владимир Сергеевич

кандидат физико-математических наук, доцент

АГАПОВА Надежда Николаевна

Ведущая организация: Самарский государственный университет, кафедра

“Электроника твердого тела”

Защита состоится “__”_________2006г., в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.01 при ГОУВПО Самарском государственном техническом университете по адресу: 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, ауд. 500.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан “___” ___________ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.М.Штеренберг

Актуальность темы. Темпы прогресса многих отраслей науки и техники непосредственно зависят от достижений радиоэлектроники и соответственно от повышения качества радиотехнических материалов. Среди них важное место отводится оксидным магнитным материалам – ферритам, обладающим уникальным сочетанием электромагнитных свойств. Они находят широкое применение в электронике, телевидении, технике магнитной звукозаписи, автоматике, вычислительной и сверхвысокочастотной технике.

Монокристаллические ферритовые пленки привлекают внимание исследователей в связи с возможностью наблюдения некоторых физических свойств, которые затруднительно изучать в объемных кристаллах, и с технологическими преимуществами при использовании их для создания различного рода устройств интегральной техники [1].

Особый интерес представляет перспектива использования монокристаллических пленок феррошпинелей с малыми магнитными и диэлектрическими потерями и высокой намагниченностью для разработки устройств на магнитостатических волнах. Согласно экспериментам [2] дисперсионные свойства СВ и эффективность их возбуждения в пленках шпинелей и в пленках ЖИГ, в принципе, одинаковы. Однако, с точки зрения применений в устройствах, пленки феррошпинелей имеют следующие преимущества это более высокие частоты, которые достигаются при тех же полях подмагничивания. Полоса частот, в которой могут быть возбуждены СВ, получается шире примерно в 7 раз.

Пленки феррошпинелей могут найти применение в устройствах памяти, магнитной логики, записи изображений [3].

Магнитные, электрические, механические свойства пленок сильно зависят от степени дефектности структуры: концентрации точечных дефектов, дислокаций и их скоплений, малоугловых границ [4]. Между тем большинство исследователей пленок феррошпинелей упускают из вида взаимосвязь физических свойств с дефектностью кристаллической решетки, сформировавшейся в процессе синтеза и охлаждения.



Теоретические и экспериментальные исследования дислокаций в связи с магнитными свойствами кристаллов показывают, что изменение энергии обменного взаимодействия, магнитоупругой и магнитостатической энергии кристалла зависят от количества дислокаций, их распределения и взаимодействия с другими дефектами [5].

При синтезе пленок феррошпинелей и последующем охлаждении практически невозможно избежать пластической деформации. Поэтому представляет интерес рассмотреть динамику пластической деформации и разрушения пленок феррошпинелей, данные о роли дислокаций в формировании электрических и магнитных свойств пленок феррошпинелей, а также возможность объяснения экспериментальных результатов из существующих теорий.

Структура и состав поверхностных слоев пленок феррошпинелей могут существенно влиять на магнитные характеристики: константы магнитной анизотропии, намагниченность насыщения, ширину линий ферромагнитного резонанса. Особенно чувствительны к состоянию поверхности параметры магнитостатических волн.

Поэтому комплексное проведение экспериментальных исследований особенностей структуры и свойств поверхностных слоев, физических свойств пленок феррошпинелей важно для более глубокого понимания физики магнитных явлений в феррошпинелях и для создания новых магнитных материалов для современной техники.

Цель работы:

Установление и интерпретация связи динамики пластического деформирования и разрушения монокристаллических пленок феррошпинелей, их электрических и магнитных параметров с дефектностью структуры, сформировавшейся в процессе роста и охлаждения от температуры синтеза, и последующих термических обработках.

Для этого решались следующие задачи:

  • выявление основных закономерностей упругопластического и хрупкого разрушения монокристаллических пленок магний-марганцевых феррошпинелей;
  • установление влияния на прочностные характеристики пленок феррошпинелей точечных дефектов, распределения дислокаций и блочной структуры;
  • определение роли дефектности структуры в аномалиях электропроводности в области фазового перехода (в точке Кюри) и гальваномагнитного эффекта;
  • выявление влияния состава и микроструктуры на фундаментальные магнитные параметры пленок феррошпинелей, определяющие ППГ и СВЧ свойства;
  • анализ экспериментальных результатов с целью возможности их описания в рамках существующих теорий и моделей.

Объекты и методы исследования.

В качестве объектов исследования были выбраны монокристаллические пленки исходного состава MnxFe3-xO4 c x=1; 0,65 и MgxMn1-xFe2O4 с х=0,25; 0,6; 0,8, толщиной 15-50мкм.

Монокристаллические пленки получены методом химических транспортных реакций на свежих сколах (001) оксида магния.

При выборе химического состава феррошпинелей исходили из потенциальных возможностей практического применения данной группы феррошпинелей в СВЧ устройствах из-за высокой намагниченности (3000-5000)Гс и больших полей анизотропии (~100200)Э, в запоминающих устройствах из-за высокой прямоугольности петли гистерезиса.

Исследования микротвердости, микропрочности и микрохрупкости проводились на приборе ПМТ-3М; дислокационной, блочной и доменной структуры на микроскопе МБИ-6. Исследования спектров ферромагнитного резонанса (ФМР) проводились на полуавтоматизированной установке в 3-см диапазоне длин волн; спектров магнитостатических волн (МСВ) методом подвижного преобразователя на лабораторном макете линии задержки. Электросопротивление измерялось с помощью моста МОД-61. Петли гистерезиса получены методом магнитооптического эффекта Керра.

Научная новизна работы.

  • Установлены зависимости механических свойств поверхностных слоев пленок магний-марганцевых феррошпинелей методом микроиндентирования от химического состава, типа точечных дефектов, распределения дислокаций и характеристик блочной структуры.
  • Экспериментально подтверждено, что аномалии электропроводности в области фазового перехода (температуры Кюри) определяются соотношением между энергией активации проводимости, энергией спин-спинового взаимодействия и параметром s-d- обменного взаимодействия.
  • Проведено качественное и количественное описание анизотропии гальваномагнитного эффекта для пленок марганцевого феррита с различным типом дислокационной структуры.
  • Получены данные о ППГ свойствах пленок магний-марганцевых феррошпинелей.
  • Из анализа спектров ФМР и МСВ установлены корреляции структура – фундаментальные магнитные параметры пленок марганцевых и магний-марганцевых феррошпинелей

Научная и практическая ценность работы. Научная ценность работы заключается в выявлении закономерностей влияния различных видов структурной неупорядоченности на механические, электрические и магнитные свойства пленок феррошпинелей, расширяющих физические представления о механизмах управления свойствами данного материала.

Практическая ценность полученных результатов заключается в возможности их использования при разработке пленочных ферритовых материалов для СВЧ-техники и проектировании устройств на их основе.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

  1. Связь механических характеристик поверхностных слоев пленок феррошпинелей: микротвердости, микрохрупкости, микропрочности с химическим составом, упрочнением (плотностью дислокаций и их распределением, концентрацией примесей), параметрами блоков, низкой подвижностью дислокаций.
  2. Экспериментальный и теоретический анализ реализациивакансионного механизма образования дислокационных петель при микроиндентировании, при внешней деформации, а также при закалке от температуры синтеза.
  3. Закономерности аномалий электропроводности в области фазовогоперехода (точки Кюри) и их описание на основании модели образования ферронов при данной температуре.
  4. Объяснение особенностей анизотропии гальваномагнитного эффектадля пленок с различным типом дислокационной структуры.
  5. Экспериментальный анализ ППГ свойств пленок магний-марганцевых феррошпинелей.
  6. Зависимость магнитных параметров пленок от химического состава и степени неоднородности структуры.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждаются использованием современных апробированных и известных методов исследования: микроспектральный анализ, рентгенографический анализ, метод микроиндентирования, магнитооптический эффект Керра, ФМР, метод подвижного преобразователя для МСВ; контролируемостью условий проведения эксперимента, воспроизводимостью результатов, проверкой их независимыми методами исследования и сравнением с литературными данными.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях: 3-ей международной конференции молодых ученых, студентов, старшеклассников и творческой молодежи “Актуальные проблемы современной науки.” (Самара, 2002), XV-ой международной конференции “Физика прочности и пластичности” (Тольятти, 2003), 2-ой межрегиональной научной школы для студентов и аспирантов “Материалы нано-, микро- оптоэлектроники: физические свойства и применение” (Саранск, 2003), 3-ей международной научно-технической конференции “Физика и технические приложения волновых процессов” (Волгоград, 2004), 19-ой международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники” (Москва, 2004), 11-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов ”Радиоэлектроника, электротехника и энергетика” (Москва, 2005), ХLIV-ой международная конференция “Актуальные проблемы прочности” (Вологда, 2005), конференция “Проблемы фундаментальной физики XXI века” (Самара, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей, 8 тезисов докладов на международных научно-технических и межрегиональных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы. Содержит 192 страницы машинописного текста, 79 рисунков, 35 таблиц, список литературы из 200 наименований. Работа выполнена на кафедре физики СамГТУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, указана научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор литературных сведений о классификации дислокационных структур и анализ многоуровневой динамики дислокационных ансамблей. Рассмотрены причины дефектности структуры гетеросистем феррошпинель-окись магния. Показано, что основную роль в дефектообразовании в пленках играют напряжения, связанные с несоответствием коэффициентов линейного расширения сопрягающихся материалов и различия периодов решеток.





Проанализирована зависимость микротвердости ферритовых пленок от толщины пленки и плотности дислокаций.

Рассмотрено влияние дефектов структуры на электрические свойства и параметры ферромагнитного резонанса.

Вторая глава посвящена описанию установки и режимов получения монокристаллических пленок феррошпинелей, методик исследования микроструктуры, травления пленок, результаты рентгеноструктурного анализа, а также методик исследования ФМР, распространения МСВ, измерения сопротивления и гальваномагнитного эффекта.

Приводятся данные расчета погрешностей измерения. Анализ ошибок показал, что точность измерения микротвердости при нагрузках от 0,49Н до 1,47Н составляет ~3,5-10%; максимальная ошибка в измерении R/R составляет 5,4%.

По данным микроструктурного и рентгеноструктурного анализов синтезируемые образцы однофазны и имеют структуру шпинели.

Химический состав пленки не воспроизводит идентично состав источника, что подтверждается данными анализа, проведенного на микроанализаторе “Cameca”: исходным составом MnxFe3-xO4 c x=1; 0,65 в пленке соответствует х = 1,23; 0,9, т.е. из-за различия коэффициентов переноса при химтранспорте пленки обогащены марганцем.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию механических, электрических и магнитных свойств пленок феррошпинелей и обсуждению полученных результатов из существующих теорий.

Исследование процесса упругопластического деформирования и хрупкого разрушения эпитаксиальных феррошпинелей при микроиндентировании. Для всех исследованных составов пленок феррошпинелей процессы их упругопластического деформирования и хрупкого разрушения при микровдавливании описываются степенными функциями:

P=adn, P=bDm,

где d – диагональ отпечатка, а- размерный коэффициент, характеризующий прочностные свойства испытуемого материала; n - безразмерный коэффициент, характеризующий интенсивность процесса упругопластического деформирования материала при вдавливании индентора; b - размерный коэффициент, характеризующий хрупкие свойства материала; m - безразмерный коэффициент, характеризующий интенсивность хрупкого разрушения материала в области отпечатка.

Данные механических свойств пленок различного состава приведены в таблице 1. Из сопоставления полученных результатов следует, что интенсивность процесса упругопластического деформирования при вдавливании индентора зависит от состава и среды, в которой осуществлялась закалка и отжиг образцов. Для пленок, охлажденных в атмосфере воздуха, при увеличении магния в составе интенсивность упругопластического деформирования уменьшается.

Таблица 1

Механические свойства пленок различного состава

Исходный состав Тип охлаждения после синтеза или обработки Толщина плёнки, мкм Глубина вдавлива- ния, мкм Показатель степени
n m
Mg0,8Mn0,2Fe2O4 Закалка в атмос- фере воздуха вакуумный отжиг 1 1 20 20 0,9-2,53 1,1-2,66 2,01 2,56 1,89 1,86
MnFe2O4 Закалка в атмос-фере воздуха 2 3 20 12 1,09-1,74 0,9-1,46 1,46-2,44 2,34 2,28 1,88 2,21 1,97
Облучение лазером 3 12 0,83-1,48 1,48-2,51 2,43 1,95 1,61
Вакуумный отжиг 2 20 1,11-1,83 1,83-2,77 2,33 1,95 2,33


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.