Влияние малых магнитных полей на скорость электрохимической коррозии тонких пленок Fe тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Набоко, Андрей Сергеевич

• Набоко, Андрей Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Набоко, Андрей Сергеевич

Оглавление

Введение

I. Обзор литературы

1. Применение и методы получения тонких ферромагнитных пленок Ре

1.1. Область применения и свойства ферромагнитных пленок

1.2. Метод электронно-лучевого распыления

1.3. Метод магнетронного распыления в вакууме

2. Структурные особенности тонких ферромагнитных пленок

2.1. Основные виды дефектов

2.2. Внутренние напряжения в тонких пленках

3. Магнитные свойства тонких ферромагнитных пленок Бе

3.1. Доменная структура магнитных пленок

3.2. Методы визуализации доменов

3.3. Магнитная анизотропия и магнитострикционные напряжения

3.4. Ферромагнитный резонанс

4. Коррозия тонких ферромагнитных пленок Бе

4.1. Классификация коррозионных процессов

4.2. Особенности электрохимической коррозии

4.3. Влияние внутренних напряжений на скорость коррозии тонких металлических пленок

5. Коррозионные процессы во внешнем магнитном поле

5.1. Магнетохимия

5.2. Влияние магнитного поля на механизм радикальных химических реакций

5.3. Формирование микрорельефа на поверхности ферромагнитных пленок Бе

5.4. Влияние внешнего магнитного поля на скорость

коррозии ферромагнитных образцов

6. Анализ проблем и постановка задачи

II. Экспериментальная часть

1. Получение тонких ферромагнитных пленок железа

2. Выбор режимов коррозионной обработки пленок железа

3. Методика подготовки образцов пленок Бе для изучения микрорельефа поверхности

4. Кулонометрические измерения скорости коррозии

4.1. Кулонометрия во внешнем магнитном поле

4.2. Обработка данных кулонометрических измерений

5. Исследование микрорельефа поверхности тонких пленок Бе

5.1. Измерение плотности круглых элементов микрорельефа

5.2. Оценка адгезии пленки Ре к подложке

5.3. Оценка величины поверхностного натяжения пленок

Бе на подложке из стекла и полиэтилентерефталата

5.4. Магнитостатические измерения

5.5. Оптическая микроскопия

5.6. Атомно-силовая микроскопия

5.7. Интерференционная микроскопия

5.8. Сканирующая электронная микроскопия

§ 5.9 Спектрометрия комбинационного рассеяния

III. Обсуждение результатов

1. Структура микрорельефа на поверхности тонких пленок Бе

2. Элементный и химический состав микрорельефа поверхности

3. Влияние внешнего магнитного поля на интегральную

скорость коррозии

4. Механизм влияния внешнего магнитного поля на среднюю скорость коррозии

Выводы

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние малых магнитных полей на скорость электрохимической коррозии тонких пленок Fe»

Введение

Актуальность темы

Ферромагнитные тонкие пленки широко применяют в качестве активных элементов датчиков магнитного поля [1], записывающих устройств в современных магнитных накопителях информации, в качестве СВЧ-антенн в микроэлектронике [2, 3]. Перспективным направлением, является разработка новых радиопоглощающих материалов на основе ферромагнитных тонких пленок [4, 5].

Известно, что в присутствии магнитных полей высокой напряжённости, коррозионное разрушение ферромагнитных материалов изменяется. Влияние слабых (до 0,1 Тл) магнитных полей на процессы коррозии изучено не достаточно, не смотря на то, что магнитное поле указанной напряжённости возникает при работе большинства приборов, основанных на ферромагнитных тонких плёнках. Международные стандарты по испытаниям коррозии не включает в рассмотрение магнитное поле. Коррозия тонких металлических плёнок в присутствии внешнего магнитного поля изучена слабо, что частично объясняется спецификой объекта.

Актуальной задачей является изучение электрохимической коррозии тонких плёнок Бе в присутствии контролируемого внешнего магнитного поля. Данная задача представляет собой фундаментальный интерес; практическое приложение результатов подобного исследования в дальнейшем может быть использовано для поиска новых эффективных методов защиты от коррозии.

Объект исследования

Объектом исследования в представленной работе являются тонкие ферромагнитные пленки Бе. При получении тонких магнитных плёнок используют методы нанесения в вакууме, что вызвано требованиями

контролируемой структуры и магнитных характеристик при высокой чистоте материала и заданном количестве. Варьируя технологические условия роста плёнок Ре возможно получение ферромагнетика с поликристаллической, аморфной и композиционной структурой типа «металл-металл».

Ферромагнитные плёнки Ре получают при помощи магнетронного распыления и электронно-лучевого испарения. При электронно-лучевом испарении воздействие на поверхность испаряемого материала электронным лучом с энергией 5-10 кэВ приводит локальному нагреву и термическому переводу вещества в газовую фазу. В данном методе применяют высокий вакуум, что снижает концентрацию примесей в плёнке Ре; рост плёнки Ре из паровой фазы происходит в отсутствие электромагнитного поля в зоне роста металла, которое может оказывать влияние на свойства магнитной плёнки.

При магнетронном распылении на постоянном токе мишень из распыляемого материала служит катодом при горении тлеющего разряда инертного газа. Ионы газа бомбардируют мишень; распыление происходит за счёт каскада упругих столкновений атомов газа и мишени. Магнетроны постоянного тока позволяют получать плёнки большой площади.

При изготовлении пленок Ре предъявляют строгие требования к величине коэрцитивной силы, магнитной проницаемости, поля насыщения, намагниченности насыщения и магнитной анизотропии. Важной задачей является придание материалу требуемой величины частотной дисперсии магнитной проницаемости. Стабильность магнитных характеристик во времени являются важным фактором. Коррозия железа приводит к деградации электромагнитных свойств пленок, что становится причиной нарушения работоспособности микроэлектронных компонент. Испытания на коррозионную устойчивость плёнок Ре в условиях химически агрессивной среды, в частности, в условиях солевого тумана, используют в авиационной и судостроительной промышленности.

Методы исследования

В ходе работы было проведено изучение микрорельефа поверхности, формируемого в результате обработки пленок Ре раствором СНзСООН. Морфология микрорельефа была изучена с помощью оптической микроскопии, интерференционной микроскопии высокого разрешения, атомно-силовой микроскопии (АРМ), электронной сканирующей микроскопии (8ЕМ). Анализ химического состава микрорельефа производился с помощью методов локального рентгеноспектрального анализа (ЕБХ) и спектрометрии комбинационного рассеяния.

Контроль интегральной скорости коррозии проводился с использованием метода кулонометрии в потенциостатическом режиме. Потенциал перепассивации пленок Ре был определен с помощью анализа поляризациониых кривых электрохимической коррозии Ре в растворе СНЗСООН..

Экспериментальные данные прошли статистическую обработку, произведена оценка среднеквадратичного отклонения.

Цели и задачи диссертации

Целью данной работы является объяснение влияния внешнего магнитного поля малой напряженности (до 0,1 Тл) и разной ориентацией вектора магнитной индукции к плоскости исследуемого образца на процессы электрохимической коррозии ферромагнитных тонких пленок Ре.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Исследование топологии и профиля микрорельефа поверхности после коррозионной обработки пленок Ре с применением оптической, атомно-силовой микроскопии (АРМ), сканирующей электронной микроскопии (БЕМ) и интерферометрии высокого разрешения.

• Определение химического состава микрорельефа поверхности после коррозионной обработки пленок Ре с применением локального

рентген о спектрального анализа (ЕОХ) и спектрометрии комбинационного рассеяния.

• Разработка стенда для проведения кулонометрических измерений скорости коррозии в потенциостатическом режиме в присутствии внешнего однородного магнитного поля.

• Выявление комплексного механизма влияния внешнего магнитного поля на скорость коррозии и оценка вклада локальной неоднородности скоростей коррозии по поверхности пленки в интегральную скорость коррозии.

Научная новизна

1. Предложен комплексный механизм формирования микрорельефа на поверхности тонких пленок Ре в результате коррозии. Установлена связь локальной неоднородности скорости коррозии на поверхности ферромагнитной пленки Ре с её доменной структурой.

2. Впервые обнаружен и изучен эффект влияния внешнего магнитного поля напряженностью от 0 до ОД Тл с вектором магнитной индукции, ориентированным под углом 90° и 0° к плоскости пленки, на интегральную скорость электрохимической коррозии пленок Ре на подложках из стекла и полиэтилентерефталата (РЕТ).

3. Выявлен механизм влияния внешнего однородного магнитного поля малой напряженности (до 0,1 Тл) на интегральную скорость электрохимической коррозии ферромагнитных пленок Ре.

Практическая значимость и область применения результатов работы Полученные в результате проделанной работы данные могут быть использованы для определения режимов коррозии тонких ферромагнитных пленок Ре в магнитном поле при разработке или модернизации методов

коррозионной защиты поверхности ферромагнитных тонкопленочных включений в композиционных радиопоглощающих материалах и покрытиях, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенной влажности, химических производств, неблагоприятных экологических факторов и бытовых магнитных полей, наводимых электроприборами.

Эффект формирования микрорельефа, отражающего реальную доменную картину на поверхности ферромагнитных пленок, представляет интерес при разработке новых методов визуализации магнитной доменной структуры пленок.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Результаты влияния магнитного поля напряженностью 0,03 Тл, с различной ориентацией вектора магнитной индукции по отношению к плоскости ферромагнитных плёнок Ре, на текстуру микрорельефа, образующегося на поверхности металла, в результате обработки 30% раствором СНзСООН.

2. Результаты изучения морфологии и химического состава участков поверхности плёнок Fe, обработанных 30% раствором СНзСООН, на которых формируется микрорельеф, обусловленный локальной неоднородностью скорости коррозии.

3. Зависимость интегральной скорости коррозии тонких ферромагнитных пленок Fe толщиной 150 нм от напряжённости и ориентации вектора магнитной индукции внешнего однородного магнитного поля.

4. Предложение качественной модели формирования микрорельефа на поверхности тонких ферромагнитных пленок Fe в результате коррозии.

5. Интерпретация зависимости интегральной скорости коррозии плёнок Fe от ориентации вектора магнитной индукции относительно образца пленки и напряженности внешнего однородного магнитного поля.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы изложены на шести всероссийских и международных конференциях: Тринадцатая и Четырнадцатая ежегодная научная конференция ИТПЭ РАН (Москва, 2012, 2013); Международная молодежная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломопосов-2013» (Москва, 2013); Всероссийская молодежная конференция «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы» в рамках Фестиваля Науки (Москва, 2012); 60-й Международный симпозиум и выставка (Лонг-Бич, США, 2013); V Молодежная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии - 2013» (Москва 2013).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 105 ссылок. Работа изложена на 115 страницах печатного текста и содержит 54 рисунков.

Личный вклад автора

Автором выполнена основная часть работы: получены образцы тонких пленок Ре для проведения исследований. Выбрана методика и аналитические средства, наиболее полно описывающие состав, структуру и свойства объекта исследования. Осуществлена интерпретация данных и обнаружен эффект зависимости скорости коррозии от направления и напряженности внешнего магнитного поля. Предложен механизм, устанавливающий связь между эффектом зависимости скорости коррозии от характеристик внешнего магнитного поля и эффектом формирования микрорельефа на поверхности тонких пленок железа в результате обработки их раствором СНзСООН. Разработана качественная модель, описывающая процесс электрохимической коррозии тонких ферромагнитных пленок в условиях внешнего магнитного поля малой напряженности.

I. Обзор литературы

1. Применение и методы получения тонких ферромагнитных пленок

Fe

1.1 Область применения и свойства тонких ферромагнитных пленок.

Ферромагнитные тонкие пленки находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Их применяют в записывающих устройствах в современных магнитных накопителях информации [6], в качестве элементов широкополосных СВЧ-устройств [2], при изготовлении фильтров на поверхностных магнитостатических волнах [7], в качестве ядра CMOS-совместимых высокочастотных микро-индукторов [8], в датчиках магнитного поля [9]. Ферромагнитные тонкие пленки являются перспективным материалом при разработке радиопоглощающих покрытий

[4].

Ферромагнитные тонкие пленки обладают рядом свойств, отличающих их от объемных ферромагнитных образцов, как объекты, чьи свойства определяются размером образца в одном направлении, то есть толщиной.

От толщины ферромагнитных пленок зависят такие параметры, как механическая прочность, электрическое сопротивление, величина магнитной проницаемости и др. Согласно закону Снука [10, 11], при условии Hejf<< 4%MS\

(jus-1) fres = 2/3 J'-47ÜMs (1)

где pis - статическая магнитная проницаемость, frcs = wres/2n - линейная резонансная частота у = у'/2л. Если представить размагничивающий фактор для тонких пленок как Nx ~ Ny ~ 0; Nz = 4п, тогда уравнение Снука преобразуется к виду:

(У* ~ V 'fres2 = (у''4жМ5)2 (2)

Из уравнения (2) видно, что тонкие магнитные пленки обладают наибольшей величиной магнитной проницаемости по сравнению с образцами иной геометрической формы [12]. Эта особенность делает магнитные тонкие пленки наиболее перспективными объектами при разработке электрофизических устройств.

Также рядом особенностей обладают структурные свойства тонких пленок. Выделяют четыре основных структурных типа пленок:

• монокристаллические (эпитаксиальный слой);

• поликристаллические;

• аморфные;

• композитные;

Эпитаксиальные слои представляют собой структурно совершенные пленки, полученные на кристаллических подложках, чей параметр кристаллической решетки близок параметру решетки растущего слоя.

Рис.1. Структурная модель переходного аморфно-кристаллического состояния, реализующегося при охлаждении из расплава с высокими скоростями [13]: 1 - область кристаллита с переменным параметром кристаллической решетки; 2 - область плавного перехода от кристаллического состояния к аморфному; 3 - тонкие аморфные прослойки.

1 2 3

В поликристаллических пленках толщина пленки близка размеру кристаллита. При уменьшении толщины поликристаллической пленки можно наблюдать переход структуры металла к аморфному состоянию через промежуточную структуру, называемую аморфно-нанокристаллической, представляющей собой включения нанокристаллитов металла в аморфной матрице (рис.1).

Подобная модель позволяет объяснить крайне высокие показатели механических характеристик, среди которых: механическая прочность, высокая пластичность, высокие показатели микротвердости и напряжения разрыва [13, 14].

1.2 Метод электронно-лучевого распыления

Для получения ферромагнитных тонких пленок, как простых так и многокомпонентных составов, применяют электронно-лучевое распыление [15].

Особенностью данного метода является использование электронного луча высокой мощности (от 5 до 10 кэВ). Для получения такого луча используют электронные пушки, в которых электроны ускоряются в электрическом поле и фокусируются на поверхности испаряемого материала [16]. При столкновении с распыляемым материалом электроны отдают большую часть своей кинетической энергии материалу в виде тепла, разогревая его до температуры свыше 3000° С. Главным достоинством такого нагрева является то, что в этом случае происходит максимальный разогрев только ограниченного участка поверхности, сам же испаритель разогрет гораздо слабее, и взаимодействие между материалом испарителя и распыляемым веществом ничтожно [17].

В качестве источника электронов в электронной пушке обычно используют катод из вольфрамовой проволоки, т.к. этот материал при высоких температурах сохраняет свою механическую прочность и форму,

что важно при получении значительной электронной эмиссии. Тем не менее, срок службы такого катода весьма ограничен из-за возможных реакций с парами испаряемого материала и катодным распылением - бомбардировкой положительными ионами с высокой энергией.

Вольфрамовый катод электронной пушки эмитирует электроны, которые затем ускоряются потенциалом в несколько киловольт. На этом этапе различают системы с испаряемым (рис.2) и независимым анодом (рис.3).

Экран Пары Катод прямого

Рис.2. Электронно-лучевой испаритель с испаряемым анодом [15]

Энергии электронов в пучке достаточно для ионизации остаточных газов в атмосфере камеры, что может привести к расфокусировке электронного пучка. Для предотвращения этого, давление в камере должно быть ниже 10~4 мм рт.ст.

В случае использования электронных пушек с испаряемым анодом, катод, выполненный в виде проволочной петли, расположен вблизи испаряемого вещества. Электроны, двигаясь по радиально сходящимся траекториям, бомбардируют испаряемый материал. Такая конструкция электронной пушки имеет существенные недостатки, связанные с

ионизацией паров в зоне электростатического экрана, в результате чего создается пространственный заряд, который уменьшает ускоряющий потенциал. Кроме того, при высоких скоростях испарения между катодом и стенками вакуумной камеры может возникнуть тлеющий разряд.

В электронных пушках с независимым анодом в качестве источника электронов используется небольшая спираль или изогнутая петля из вольфрамовой проволоки. Грубая фокусировка осуществляется посредством электростатической системы, образованной цилиндрическим экраном и анодным диском (рис.3). Область пространства между анодом и рабочей зоной эквипотенциальна.

Катод пряного накала

25 кВ

Цилиндр Венельта

Управляющий электрод

Анод

. Катод прямого накала^! 0-20 кВ)

-0+

Отрицательное

/ сл1еп(ение тршгт /^\^(0-250В)

Испаряемое Вещество

Подложка

Испаряемое / вещество

Магнитная линза

Подложка

о)

б)

Рис.3. Электронная пушка с независимым анодом: а) - с электростатической фокусировкой; б) - с электростатической и магнитной фокусировкой [15].

Увеличение давления в области катод-анод может вызвать расфокусировку луча в результате ионизации остаточных газов. Избежать этого можно используя конструкции с магнитной линзой [15].

1.3 Метод магнетронного распыления в вакууме

Метод магнетронного распыления в вакууме является разновидностью ионного распыления. Ключевым моментом в осуществлении такого вида

распыления является создание тлеющего разряда в вакуумной камере. Для поддержания тлеющего разряда существует необходимость в постоянной эмиссии термокатодом электронов в рабочую зону, что делает тлеющий разряд очень чувствительным к рабочему давлению в камере. Разжигание тлеющего разряда происходит за счет ионизации электронами нейтральных атомов атмосферы камеры (например, аргона). Для того, чтобы электроны обладали достаточной кинетической энергией, они, будучи эмитированными термокатодом, ускоряются электрическим полем по направлению к аноду, на который подано большое отрицательное смещение.

При низком вакууме длина свободного пробега электронов сильно уменьшается, количества эмитируемых электронов недостаточно для ионизации требуемой доли атомов. Для увеличения коэффициента ионизации можно повысить напряжение, тем самым увеличив энергию электронов, но это, также, повысит риск электрического пробоя между анодом и катодом. При сильном снижении давления в камере, наоборот, количество ионизируемых атомов будет недостаточным для разжигания тлеющего разряда [15].

Для расширения диапазона рабочего давления в камере был разработан метод магнетронного распыления (рис.4), суть которого состоит во введении на пути движения электронов постоянного магнитного поля. Электроны, попадая под действие этого поля, изменяют траекторию движения, увеличивая свой путь, что в свою очередь увеличивает количество ионизируемых атомов. Введение магнитного поля эквивалентно повышению давления в камере при сохранении достаточной длины свободного пробега. Магнитное поле может быть ориентировано в двух различных направлениях:

Рис.4. Схема магнетронной системы распыления с плоской мишенью: 1 - мишень-катод; 2 - система постоянных магнитов; 3 - источник питания; 4 - анод; 5 - траектория движения электронов; 6 - зона интенсивного распыления; 7 - силовые линии магнитного поля [18].

1). По направлению действия электрического поля. В этом случае поле не оказывает существенного влияния на траекторию движения электронов, но при их попадании в область тлеющего разряда, называемую областью отрицательного свечения, электроны претерпевают ряд ионизирующих столкновений, в результате чего почти полностью теряют свою энергию и, в отсутствии магнитного поля, начинают двигаться хаотически, пока не достигнут границы фарадеева темного пространства. Если же продольное магнитное поле присутствует, то траектория движения электронов вместо хаотической становится спиралевидной, вдоль силовой линии магнитного поля. Такая траектория увеличивает вероятность ионизации газа на данном участке тлеющего разряда, и, как следствие, увеличение количества ионов, устремляющихся к катоду [15].

2.) Перпендикулярно действию электрического поля. В этом случае поле оказывает существенное влияние на траекторию движения электронов в области темного пространства, в результате его ширина существенно уменьшается. Если траектории движения искривлена достаточно сильно, то электроны эмитированные катодом даже не достигают края области отрицательного свечения. Избежать этого возможно используя цилиндрический катод, магнитное поле при этом направлено вдоль оси цилиндра. Электроны, эмитируемые катодом, движутся вокруг по циклоиде, сохраняя при этом однородность заряда по всей поверхности цилиндра. Если в такой системе анодом служит провод, проходящий по оси цилиндра, то разряд можно получить даже при очень низких давлениях газа. При низких давлениях происходит усиление ионизации за счет спиралевидной траектории движения электронов вокруг анода.

Также, для повышения энергии распыленных частиц используют метод импульсного магнетронного распыления. Особенностью данного метода является подача высокочастотных импульсов высокого напряжения на магнетрон. К минусам данного вида реактивного распыления можно отнести снижение скорости нанесения пленок за счет наличия промежутков времени между импульсами [19].

Достоинствами метода магнетронного распыления является возможность получения хорошей адгезии осаждаемого материала к поверхности подложки за счет возможности проводить ионную отчистку перед процессом нанесения. Кроме того, данный метод позволяет распылять тугоплавкие или неплавящиеся материалы, как однокомпонентного, так и многокомпонентного состава. Также, данный метод позволяет изменять состав осаждаемого слоя за счет введения в рабочую камеру газовых компонентов [20].

Оба метода: метод электронно-лучевого испарения в вакууме и метод магнетронного распыления, позволяют получать пленки высокого качества и

требуемой структуры: поликристаллической, аморфной или композиционной. В представленной работе был выбран метод электроннолучевого испарения, так как данный вакуумный метод позволяет получать пленки Бе высокой чистоты за счет роста пленок Бе в условиях высокого вакуума. Данный метод эффективен при осаждении однокомпонентных пленок, обладает приемлемыми скоростями осаждения и однородностью по толщине растущей пленки.

2. Структурные особенности тонких ферромагнитных пленок

2.1 Основные виды дефектов

На формирование дефектов металлических пленок оказывают влияние разные факторы, среди которых: методы получения тонких пленок, характеристики подложки, толщина и структура выращиваемой пленки и др.

Дислокации. Дислокации являются одним из самых распространенных типов дефектов в кристаллических тонких пленках, их плотность в среднем составляет Ю10 - 10й см"2 [21]. Различают пять основных механизмов образования этих дефектов в поликристаллических пленках [22-24]:

1. При срастании двух зародышей с незначительно разориентированными друг относительно друга кристаллическими решетками, наблюдается образование субграницы, насыщенной дислокациями;

2. Как правило, подложка и растущая пленка имеют различные параметры решетки, что может привести к смещениям атомов растущего зародыша относительно подложки. При последующем срастании зародышей, несоответствия в результате смещений могут усилиться, что вызовет образование дислокаций;

3. Дислокации также образуются при релаксации напряжений в растущей пленке на объемных дефектах - проколах;

4. Дислокации, выходящие на поверхность подложки, продолжаются в растущей пленке;

5. При коалесценции островков, содержащих дефекты упаковки, выходящие на поверхность зародышей, связь между этими дефектами осуществляется посредствам частичных дислокаций.

Основное количество дислокаций вводится в пленку на трех стадиях роста (рис.5). При наблюдении за появлением дислокаций в электронный микроскоп можно обнаружить, что, при малых толщинах пленки, дислокации имеют малую длину и расположены поперек слоя металла, а при увеличении толщины начинают появляться длинные дислокации, расположенные параллельно плоскости пленки [15].

Рост шейки до коалесценции

т

о

"•ч

а м

8

Коалесцещия | ОфазоШте острадков

Обрвм&а-Меггреры0-

ние полостя

тем ал£1 плета

80

«о

§ 4О

и

о ^

3

г?

О

то зоо ш

Средняя толщина тенки золота, А

500

Рис.5. Качественная зависимость плотности дислокаций от толщины пленок золота, осажденных на Мо82 при 300 С° [15].

Дефекты вычитания. Помимо дислокаций, в выращенных пленках часто встречаются так называемы дефекты вычитания, они включают в себя петли дислокаций, тетраэдрические дефекты упаковки и малые треугольные дефекты. Как правило все типы таких дефектов связанны с разрушением

вакансий. Для формирования такого типа дефектов в растущей пленке должно присутствовать достаточно большое количество вакансий, порядка 1,5x10"5 моля [25]. Основное количество вакансий вносится в пленку при достаточно высокой скорости конденсации металла из газовой фазы, при таких условиях растущий слой заращивается следующим, прежде чем достигнет термодинамического равновесия с подложкой, что приводит к большему количеству захваченных вакансий. Скопления вакансий в виде неразрушенных дислокационных петель или агрегатов вакансий хорошо заметны в электронный микроскоп [26].

Границы зерен. Как правило, размер зерна в пленках меньше, чем в массивном образце, в предельном случае размер зерна может быть уменьшен до размера критического зародыша.

Высокие ?$

Температура отжига Скорость осаждения

Рис.6. Зависимость размера кристаллитов от толщины пленки, температуры подложки, температуры отжига и скорости осаждения [15].

Как видно из рис.6, размер зерна зависит от условий осаждения и температуры отжига. Зерна перестают расти при определенных значениях

параметров осаждения. В том случае, если таким параметром является толщина пленки, то при достижении некоторых ее значений новые зародыши вынуждены формироваться на поверхности сферы, это может быть вызвано большим количеством загрязнений на поверхности, препятствующих дальнейшему когерентному росту, также причиной может быть плотноупакованная кристаллическая плоскость нижнего зерна [15]. Как видно из рис.6, размер зерна увеличивается при увеличении температуры подложки или температуры процесса отжига, это вызвано увеличением поверхностной подвижности, в результате чего происходит уменьшение полной энергии пленки за счет роста больших зерен и, как следствие, уменьшение площади границ между ними [27].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Набоко, Андрей Сергеевич, 2013 год

Список литературы

1. Васильева Н.П., Касаткин С.И., Муравьев A.M. Магниторезистивные датчики на тонких ферромагнитных пленках. // Приборы и системы управления. №8. 1994. С. 20-23.

2. Tsai C.S. Wideband tunable microwave devices using ferromagnetic filmgallium arsenide material structures. // J. Magn. Magn. Mater. №209. 2000. P. 10-14.

3. Iakubov I.T., Lagarkov A.N., Maklakov S.A., Osipov A.V., Peirov D.A., Rozanov K.N., Ryzhikov I.A. Laminates of multi-layered Fe films for microwave applications. // J. Magn. Magn. Mater. №316. 2007. P. 813-815.

4. Николайчук Г., Иванов В., Яковлев С. Радиопоглощающие материалына основе наноструктур. // Электроника НТБ. №1. 2010. С. 92-95.

5. Алексеев А.Р., Штагер Е.А., Козырев С.В. Физические основы технологии stealth. // СПб.: ВВМ, 2007. с. 284.

6. Belski A., Wurz М.С., Rittinger J., Rissing L. Development, micro fabrication, and test of flexible magnetic write head for gentelligent applications. // Microelectronic Engineering, №110. 2013. P. 315-319.

7. Николайчук P., Иванов В., Иванов E. Ферромагнитные пленки для полупроводниковой спиновой наноэлектроники. // Электроника: наука, технология, бизнес. №3. 2010. С. 52-55.

8. Seemann К., Eeiste Н., Zieberl С. Soft magnetic FeCoTaN film cores for new high-frequency CMOS compatible micro-inductors. // J. Magn. Magn. Mater. №316. 2007. P. 879-882.

9. Nikilin P.I., Valeiko M.V., Toporov A.Y., Ghorbanzadeh A.M., Beloglazov A.A. Deposition of thin ferromagnetic films for application in magnetic

sensor microsystems. // Sens, and Actuat. A: Physical. №68. 1998. P. 442446.

10. Snoek J.L. Dispersion and absorption in magnetic ferrites at frequencies above one Mc/s. I I Physica. №14. 1948. P. 207-217.

11. Acher O., Dubourg S. Generalization of Snoek's law to ferromagnetic films and composites. I I Phys. Rev. №77. 2008. P. 1044.

12. Acher O., Jacquart P.M., Fontaine J.M., Baclet P., Perrin G. High impedance anisotropic composites manufactured from ferromagnetic thin films for microwave applications. I I IEEE Trans. Magn. №30. 1994. P. 4533 -4535.

13. Глезер A.M., Молотшов Б.В., Овчаров В.П., Утевская О.Л., Чичерин Ю.Е. Структура и механические свойства сплавов Fe-Cr-B при переходе из аморфного состояния в кристаллическое. // ФММ. №64. 1987. С. 1106-1109.

14. Вшивков С.А., Русинова Е.В. Фазовые переходы в полимерных системах. // Екатеринбург: АМБ, 2011. с. 314.

15. Майссел JL, Глэнг Р. Технология тонких пленок. // М: Советское радио, 1977. с. 664.

16. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. // М.: Советское Радио, 1966. с. 455.

17. Ершов А.В., Машин А.И. Получение многослойных оптических покрытий методом электронно-лучевого испарения. // Н.Новгород: НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2007. с. 36.

18. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. // М: Высшая школа, 1988. с. 256.

19. Sarakinos К., A ¡ami J., Konslantinidis S. High power pulsed magnetron sputtering: A review on scientific and engineering state of the art. // Surf. Coat. Technol. №204. 2010. P. 1661-1684.

20. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. // М: Радио и связь, 1986. с. 232.

21. Wu W., Schaublin R., Chen J. General dislocation image stress of anisotropic cubic thin film. // J. of Appl. Phys. №112. 2012 P. 1063-1081.

22. Калина Б.А. Физическое материаловедение. Физика твердого тела. // М: МИФИ, 2007. Т. I.e. 636.

23. Кацнельсон А.А., Крипчик Г.С. Структура твердого тела и магнитные явления. //М: МГУ, 1982. с. 304.

24. Зиненко В.И., Сорокин Б.П., Турчин П.П. Основы физики твердого тела. //М: Физматлит, 2001. с. 336.

25. Freund F.B., Suresh S. Thin film materials. Stress, defect formation and surface evolution. // Cambridge University Press, 2003. p. 750.

26. Lee S. W., Aubiy S., Nix W.D., Cai W. Dislocation junctions and jogs in a free-standing FCC thin film. // Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. №19. 2011. P. 1-28.

27. Vander Voort G.F. ASM Handbook. Volume 09 - Metallography and Microstructures. // New York. ASM International, 2004. P. 1184.

28. Zhao X., Liu Z., Zhuang Z., Liu X., Gao Y. The study of grain boundary density effect on multi-grain thin film under tension // Computational Materials Science. №53. 2012. P. 175-186.

29. Luo Zhi-Yuan, Tang Jia, Ma Bin, Zhang Zong-Zhi, Jin Qing-Yuan, Wang Jian-Ping. Influence of Film Roughness on the Soft Magnetic Properties of Fe/Ni Multilayers //Chinese Phys. Lett. №29. 2012. P. 127501.

30. Горелик С.С,., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. // М.: МИСиС, 2003. с. 484.

31. Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия. // М.: МГУ, 2005. с. 586.

32. Джумалиев А.С., Никулин Ю.В., Филимонов Ю.А. Шероховатость поверхности и магнитные свойства поликристаллических пленок C0/Si02/Si(100), полученных магнетронным распылением на постоянном токе // Радиотехника и электроника. №54. 2009. С. 347-351.

33. Виноградова Л.А., Курганова Ю.А. Структура сталей. // Ульяновск: УГТУ, 2009. С. 54.

34. Еорелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. // М: Металлургия, 1967. С. 402.

35. Тарасов В.В., Малышко С..Б. Материаловедение. // Владивосток: МГУ им. Г.И. Невельского, 2008. с. 72.

36. Зилъберман Г.Е. Электричество и магнетизм. // М.: Наука, 1970. с. 384.

37. Вонсовский С.В. Магнетизм. // М.: Наука, 1971. с. 1032.

38. Праттон М. Тонкие ферромагнитные пленки. // СПб: Судостроение, 1967. с. 262.

39. Hubert A., Schafer R. Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. //NewYork: Springer, 2009. p. 686.

40. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. //М.: Мир, 1987. с. 420.

41. Вишневский В.Г., Михерский P.M., Дубинко С.В. Отображение неоднородных магнитных полей пленками феррит-гранатов. // ЖТФ, №72. С. 96-98.

42. Коженевский С.Р. Методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования поверхностей накопителей информации и восстановления данных. // Регистрация, сохранение и обработка данных. №4. С. 23-40.

43. Лауфер М.В., Крыжаиовский И.А. Теоретические основы магнитной записи сигналов на движущийся носитель. // Киев: Высшая школа, 1982. с. 270.

44. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. // М.: Наука, 1982. с. 624.

45. Lee S., Lee Н., Yoo Т., Lee S., LiuX., Purdyna J.К. Coexistence of magnetic domains with in-plane and out-of-plane anisotropy in a single GaMnAs film // J. of Crystal Growth. №378. 2012. P. 337-341.

46. Demidov V.V., Ovsyannikov G.A., Petrzhik A.M., Borisenko I.V., Shadrin A. V., Guimarsson R. Magnetic anisotropy in strained manganite films and biciystal junctions. //J. of Appl. Phys. №113. 2013. P. 163909-163919.

47. Khodaei M., Seyyed Ebrahimi S.A., Park Y.J., Ok J.M., Kim J.S., Son J., Baik S. Strong in-plane magnetic anisotropy in (11 l)-oriented CoFe204 thin film. I I J. of Magn. and Magn. Mat. №340. 2013. P. 16-22.

48. Ekomasov E.G., Murtazin R.R., Bogomazova O.B., Gumerov A.M. One-dimensional dynamics of domain walls in two-layer ferromagnet structure

"Л i , 1

with different parameters of magnetic anisotropy and exchange. // J. of Magn. and Magn. Mat. №339. 2013. P. 133-137.

49. Вонсовский С.В. Ферромагнитный резонанс. // М.: ГИФМЛ, 1961. с. 342.

50. Seemann К, Leiste IT., Kriiger К. Ferromagnetic resonance frequency increase and resonance line broadening of a ferromagnetic Fe-Co-Hf-N film with in-plane uniaxial anisotropy by high-frequency field perturbation. // J. of Magn. and Magn. Mat. №345. 2013. P. 36-40.

51. Timopheev A.A., Sobolev N.A., Pogorelov Y.G., Bunyaev S.A., Teixeira J.M., Cardoso S., Freitas P.P., Kakazei G.N. NiFe/CoFe/Cu/CoFe/Mnlr spin valves studied by ferromagnetic resonance. 11 J. of Appl. Phys. №113. 2013. P. 713-716.

52. Kittel C. On the theory of ferromagnetic resonance absorption. // Phys. Rev. №73. 1948. P. 155-161.

53. Polishchuk DM., Pod'yalovskii D.I., Matviyenko A.I., Tovstolytkin A.I., Zakharenko M.I., Semen'ko M.P. Ferromagnetic resonance in strained and relaxed regions of (La,Na)Mn03/LaA103 (001) films. // J. of Magn. and Magn. Mat. №340. 2013. P. 109-112.

54. Keuie Г. Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы. // М.: Металлургия, 1984. с. 400.

55. Cesen A., Kosec Т., Legat A. Characterization of steel corrosion in mortar by various electrochemical and physical techniques. I I Corrosion Science. №75. 2013. P. 47-57.

56. Верпигорова B.H., Королев E.B.C., Ю.А., Еремкин A.M. Коррозия строительных материалов. //М.: Палеотип, 2007. с. 176.

57. Дамаскии Б.Б., Петрий O.A., Цирлина Г.А. Электрохимия. // М.: Химия, 2008. с. 672.

58. Багоцкий B.C. Основы электрохимии. // М.: Химия, 1988. с. 400.

59. Скорчеллетти В.В. Теоритическая электрохимия. // М.: ГХИ, 1963. с. 306.

60. Дамаскин Б.Б., Петрий O.A. Введение в электрохимическую кинетику. //М.: Химия, 1983. с. 401.

61. Гинберг A.M., Иванова А.Ф., Кравченко Л.Л. Гальванотехника. // М.: Металлургия, 1987. с. 736.

62. Андреев H.H. Введение в электрохимическую технологию. // Казань: КГТУ, 2006. с. 80.

63. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов A.B. Коррозия и защита от коррозии: учебное пособие. // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. с. 412.

64. Петрий O.A. Методическое пособие. Электрохимическая кинетика. Кинетические закономерности процессов электрохимической коррозии. // М.: МГУ, 2010. с. 22.

65. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. // М: Высшая школа, 1975. с. 296.

66. Левин А.И. Теоретические основы электрохимии. // М: ГНТИ, 1963. с. 430.

67. Герц Г. Электрохимия. Новое воззрение. // М.: Мир, 1983. с. 232.

68. Антропов Л.И. Теоритическая электрохимия. // М: Высшая школа, 1984. с. 519.

69. Vasudevan S., Oturan M. Electrochemistry: as cause and cure in water pollution—an overview. // Env. Chem. Lett., №12. 2013. P. 10311-10324.

70. Феттер К. Электрохимия. // M.: Химия, 1967. с. 429.

71. Томашов H.Д., Чернова ГЛ. Пассивность и защита металлов от коррозии. // М.: Наука, 1965. с. 208.

72. Кабанов Б.Н. Электрохимия металлов и адсорбция. // М.: Наука, 1966. с. 224.

73. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. // М.: Металлургия, 1976. с. 472.

74. Шрайер JI.JI. Коррозия. Справочное издание. // М.: Металлургия, 1981. с. 632.

75. Родников С.Н., Лихачев В.А., Шишкина C.B., Кондратов В.М. Вопросы металловедения в гальванотехнике и коррозии. // Г.: КПИ, 1990. с. 76.

76. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. // М.: Машиностроение, 1990. с. 384.

77. Акимов Г.В. Исследование коррозии металлов под напряжением. // М.: ГНТИМЛ, 1953. с. 264.

78. Селвуд П. Магнетохимия. // М.: Издательство иностранной литературы, 1958. с. 458.

79. Ракитин Ю.В., Калинников В.Т. Современная магнетохимия. // СПб: Наука, 1994. с. 272.

80. Рлебов А.Н., Буданов А.Р. Магнетохимия: магнитные свойства м строение веществ. // Соросовский образовательный журнал, №7. 1997. С. 44-51.

81. Andrade Marlins R. The rise of magnetochemistry from Ritter to Hurmuzescu. // Found, of Chem. №14. 2011. P. 157-182.

82. Бучаченко A.JI. Новая изотопия в химии и биохимии. // М.: Наука, 2007. с. 189.

83. Херлах Ф. Сильные и свсрхсильные магнитные поля и их применение. // М.: Мир, 1988. с. 456.

84. Mints R.G., Pukhov A.A. The influence of paramagnetic impurities on magnetic effects in radical reactions. 11 Chem. Phys., 1984. 467-472.

85. Мельников М.Я. Экспериментальные методы химии высоких энергий. // М.: МГУ, 2009. с. 824.

86. Зельдович Я.Б., Бучаченко А.Л., Франкевич Е.Л. Магнито-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике. // Успехи физических наук. №155. 1988. С. 3-45.

87. Bund A., Ispas A., Mutschke G. Magnetic field effects on electrochemical metal depositions. // Sci. Technol. Adv. Mater. №9. 2008. P. 1-6.

88. Hayashi H. Introduction To Dynamic Spin Chemistry: Magnetic Field Effects On Chemical And Biochemical Reactions. // S: World Scientific Publishing Co., 2004. p. 254.

89. Gorobels S. V., Gorobels O. Y., Reshelnyak S.A. Permanent magnetic field as an accelerator of chemical reaction and an initiator of rotational motion of electrolyte flows near thin steel wire. // J. of Magn. and Magn. Mat., №272. 2003. P. 2408-2409.

90. Turro N.J. Modem molecular photochemistry. // University Science Books, 1991. p. 628.

91. Timmel C.R., Henbest K.B. A study of spin chemistry in weak magnetic fields. // Physical and Engineering Sciences. №362. 2012. P. 2573-2589.

92. Steiner U.E., Gilch P. High magnetic fields in chemistry. // Theory and experiments №1, Singapore. 2012. P. 1-26.

93. Агапонова A.B., Быков КВ., Маклаков С.А., Маклаков С. С., Пухов А.А., Рыжиков И.А., Седова М.В., Шалыгина Е.Е., Якубов И.Т. Визуализация доменной структуры ферромагнитных пленок с использованием магнетохимического эффекта. // ФТТ, №53. 2010 С. 951-955.

94. Gorobets O.Y., Gorobels Y.L, Bondar I.A., Legenkiy Y.A. Quasi-stationary heterogeneous states of electrolyte at electrodeposition and etching process in a gradient magnetic field of a magnetized ferromagnetic ball. // J. Magn. Magn. Mater., №330. 2013. P. 76-80.

95. Шевердяева П.М. Некоторые особенности процессов переноса в магнитоупорядоченных средах. // диссертация кандидата химических наук. Москва 2010.

96. Standardization I.I.O.f., ISO 9227 Corrosion tests in artificial atmospheres — Salt spray tests, 2006.

97. Standardization I.I.O.f., ISO 4628-3 Paints and varnishes. Evaluation of degradation of coatings. Designation of quantity and size of defects, and of

intensity of uniform changes in appearance. Part 3 Assessment of degree of rusting.

98. Рачев X., Стефанова С. Справочник по коррозии. // М.: Мир, 1982. с.

99. Лидии Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. //М.: Наука, 1997. с. 476.

100. Лидии Р.А., Андреев И.Н., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. // М.: Химия, 1987. с. 320.

101. Rozanov K.N., Iakubov I.T., Lagarkov A.N., Maklakov S.A., Osipov A.V., Petrov D.A., et.al., Laminates of thin ferromagnetic films for microwave applications. // Kharkov, MSMW'07. 2007. p. 168-173.

102. Wan Y.-h., ShiX.-q., Xia H., Xie J. Synthesis and characterization of carbon-coated РезОд nanoflakes as anode material for lithium-ion batteries. // Materials Research Bulletin. №48. 2013. P. 4791-4796.

103. C.hourpa I., Douziech-Eyrolles L., Ngaboni-Okassa L, Pouquenet J.-F., Cohen-Jonathan S., Souce M., Marchais IL, Dubois P. Molecular composition of iron oxide nanoparticles, precursors for magnetic drug targeting, as characterized by confocal Raman microspectroscopy. // Analyst. №130. 2005. P. 1395-1403.

104. Та mm A., Dimri M.C., Kozlova J., Aidla A., Tatte Т., Arroval Т., Maeorg U., Mcindar H, Stern R., Kukli K. Atomic layer deposition of ferromagnetic iron oxide films on three-dimensional substrates with tin oxide nanoparticles. 11 J. of Crystal Growth. №343. 2012. P. 21-27.

105. Antunes R.A., Costa I., Faria D.L.A.d. Characterization of corrosion products formed on steels in the first months of atmospheric exposure. // Materials Research. №6. 2003. P. 403-408.

256.