Підвищення експлуатаційних властивостей тонкоплівкових покриттів термічною обробкою та іонною імплантацією : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня техн. наук : 05.02.01 – Матеріалознавство

Abstract

Дисертація присвячена дослідженню структури утворення поверхневих наношарів, що сформовані іонно-плазмовим методом за допомогою комплексного підходу для досягнення необхідних магнітооптичних властивостей приладів різного призначення. Вони одержані на основі фізичних методів досліджень з використанням резерфордівського зворотнього розсіювання, месбауерівської спетроскопії конверсійних електронів та вимірювання прозорості при їх формуванні, а також з використанням технологічних процесів термічного відпалу та імплантації іонами. На всіх етапах отримання та обробки різних за складом наноплівок, порівняльно вивчали структурні зміни, що відбуваються у них: оцінювали та корегували ступінь формування неоднорідності та прозорості, коефіцієнти дифузії, вісі легкого намагнічування у площину плівки, а також вплив підкладки та перехідного шару. В роботі надані рекомендації по оптимальним параметрам одержання таких покриттів для потреб промислового використання.

Диссертация посвящена исследованию структуры поверхностных нанослоев, сформированных ионно-плазменным методом с помощью комплексного подхода для достижения необходимых магнитооптических свойств приборов различного назначения. Степень совершенства тонкопленочных магнитных материалов определяется способом их получения, структурно-фазовым составом, состоянием и его стабильностью при эксплуатации. Для получения пленок использовали метод ионно-лучевого распыления мишени. На всех этапах получения и обработки различных по составу нанопленок сопоставительно исследовали структурные изменения, происходящие в них: оценивали степень формирования неоднородности и прозрачности, коэффициенты диффузии, оси легкого намагничивания в плоскость пленки, а также влияние подложки и переходного слоя. В результате ионно-лучевого осаждения по данным мессбауэровской спектроскопии конверсионных электронов на поверхности подложек образуются аморфные парамагнитные пленки. Для обеспечения потребительских свойств покрытий исследовали переменный элементный состав пленок ЖИГ, который оценивали на основе экспериментов и расчетов изменения коэффициентов их диффузии в зонах стационарного роста. В работе даны рекомендации по оптимальным параметрам получения таких покрытий для нужд промышленности.

The thesis is devoted to the study of the structure of surface nanolayers formed by the ion-plasma method with the help of an integrated approach to achieve the necessary magneto-optical properties of devices for various purposes. As a result of ion-beam deposition, amorphous paramagnetic films are formed on the surface of substrates based on the data of the Conversion electron Mössbauer spectroscopy. The results of the research of formation of magnets structures for devices on the example of iron yttrium garnet are considered. Theoretical and experimental results on the causes of development in magneto-ordered environments, with their obtaining, of parametric instability, which are characterized by chemical heterogeneity and structural-phase state on the thickness of the film and the transition layer with it to the substrate, are given. In addition, the substrate gadolinium diffuses on the surface of yttrium iron garnet (YIG) films when they are formed. The formation of a magneto-ordered phase with additional processing improves the level of magnetization from the normal to the surface. The perfection degree of thin-film magnetic materials determines by the method of their obtaining, the structural-phase composition, by the state and its stability during operation. To have it done, should be used methods: ion beam, plasma and laser. The formed film coatings, by participating of the particles with high energies, are three to four orders higher than those deposited in the processes of thermodynamic deposition. They can provide monocrystalline ferrite films growing with nano-sized structures, small transition layers, wider limits of cation substitutions, and boundary parameters of substrate and film grids. To obtain films, the method of ion-beam spraying of the target was used. In spattering process at the same time radiation or electronic heating of substrate was used. At all stages of production and processing, different in composition of nanofilms, the structural changes taking place in them were comparatively studied: the degree of formation of heterogeneity and transparency, the diffusion coefficients, the easy magnetization axes in the film plane, and the effect of the substrate and the transition layer were evaluated and corrected. In order to ensure the consumer properties of the coatings, an alternating elemental composition of YIG films was explored, which was evaluated on the basis of experiments and calculations of changes in the coefficients of their diffusion in the zones of stationary growth. The comparison of the obtained values of the diffusion coefficients was significantly lower than those given in the literature sources typical for massive polycrystalline samples. The necessity of annealing of the substrate in the oxygen-containing atmosphere is shown for elimination of the amorphous layer formed after cutting the plates of GGG. In addition, the need for heat treatment of the substratefilm systems is due to get magneto-ordered state of ferrites. The paper gives recommendations on the optimal parameters for obtaining such coatings for industrial needs.