Диплом. Научноисследовательская часть Технические требования
 Скачать 5.55 Mb.
|
|
3.2 Светоэнергетический расчет На данном этапе определим освещенность, создаваемую оптической системой в плоскости приемника излучения и сделаем вывод о правильности выбора данного источника и приемника излучения. Для начала рассчитаем коэффициент пропускания оптических элементов оптико-электронного устройства регистрации магнитных полей рассеяния (рис. 3.1). Отражение на преломляющих поверхностях можно учесть, воспользовавшись формулами Френеля:  Для границ раздела оптических сред в магнитооптическом устройстве коэффициенты пропускания будут равны: стекло К8-воздух  стекло ОК1-воздух  стекло БФ16-воздух  Коэффициент пропускания магнитной пленки феррит-граната с учетом просветления подложки и нанесения зеркального покрытия  .Коэффициенты пропускания поляризатора и анализатора:  Потери в толще оптических материалов. Суммируя все толщины, получаем l = 0,034 м. Тогда  .Суммарный коэффициент пропускания находится перемножением вычисленных составляющих:  Из паспортных данных источника света известна его сила света  Определим потом излучения от источника на коллиматорную линзу:  Где Ω – телесный угол, определяется как  Рис.3.11. Определение телесного угла  .Тогда поток  С учетом потерь на оптических элементах можно считать, что поток излучения, падающего на приемник излучения, составит  , где  = 300 см-1 – коэффициент поглощения магнитной пленки феррит-граната; h = 4 мкм – толщина магнитной пленки феррит-граната; Δ = 0.001 – коэффициент, учитывающий неполноту погасания в системе поляризатор – магнитной пленки феррит-граната – анализатор;  - (закон Малюса) определяет интенсивность света, прошедшего через систему поляризатор – анализатор, развернутые на угол 2F( F = 8 град – угол поворота плоскости поляризации). .Площадь рабочей области приемника излучения составляет  м2 ,а=10,2 мм, b=8.3 мм – размер активной области матрицы ФПЗС. Тогда освещенность, создаваемая на матрице ФПЗС, составит  лк.По паспортным данным, минимальный порог освещенности для данного приемника излучения составляет 0,01 лк, поэтому выбранная элементная база обеспечивает работоспособность устройства регистрации магнитных полей рассеяния. 4. Технологическая часть 4.1 Требования к монокристаллической пленке феррит-граната Выбор соответствующей технологии получения МПФГ главным образом зависит от требований к устройству считывания информации с магнитных носителей. МПФГ должна обладать следующими параметрами:
4.2 Изготовление магнитооптического кристалла. Основным элементом устройства визуализации магнитных полей рассеяния является магнитооптический кристалл, осуществляющий преобразование магнитных полей рассеяния носителя в световое распределение, соответствующее их величине и положению в пространстве, и имеющий сложный состав: эпитаксиальная Bi–содержащая феррит гранатовая пленка (МПФГ) (YBi)3(FeGa)5O12 , выполненная на немагнитной подложке. Его структура приведена на рис. 4.1.
2. Ориентация кристалла 3. Резка подложки на заготовки 4. Механическая обработка подложки 5. Жидкофазная эпитаксия Bi-содержащей пленки феррит-гранатовой пленки 6. Нанесение зеркального покрытия 7. Нанесение просветляющего покрытия 8. Разрезание на заготовки 10x10 мм 9. Контроль магнитных и оптических параметров 4.3 Выращивание кристалла подложки В качестве подложек используются кристаллы немагнитных гранатов. Пленка и подложка должны иметь близкие параметры решетки, чтобы пленка росла без растрескивания. С другой стороны, несоответствие параметров решетки Δа должно быть достаточным для создания в пленке одноосной анизотропии с легкой осью, нормальной к ее плоскости. Величина Δа в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов с ЦМД составляет 0,01 —0,02  . Лучшими подложками для наращивания железистых гранатов являются кристаллы гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) Gd3Ga601 2 с постоянной решетки 12,383  . Подложки в виде пластин толщиной 0,3—1 мм и диаметром 5—38 мм, ориентированных, как правило, по направлению (111), вырезаются из кристаллов ГГГ, выращенных методом Чохральского в иридиевом тигле. Тигель нагревается высокочастотными токами, а выращивание происходит в герметичной камере, позволяющей контролировать газовую среду над расплавом. Для выравнивания температурного поля затравка и тигель вращаются в противоположных направлениях с частотой 20-60 об/мин [7]. Установка (рис.4.2) состоит из затравочного штока, устройство подъема и вращения 1; кожуха 2; изолирующего клапана 3;газового входа 4; держателя затравки и затравки 5; камеры высокотемпературной зоны 6; расплава 7; тигля 8; выхлопа 9; вакуумного насоса 10; устройства вращения и подъема тигля 11; системы контроля и источника энергии 12; датчика температуры 13; пьедестала 14; нагревателя 15; изоляции 16; трубы для продувки 17; смотрового окна 18; датчика для контроля диаметра растущего слитка 19. Монокристалл-затравка кристаллодержателем вводят в конгруэнтный расплав Ga2O3 и Gd2O3. Выращивание подложки ведут в плоскости (111). Нагрев тигля производит ся токами высокой частоты. Для выравнивания темпе ратурного поля затравка и тигель вращаются в противоположные стороны с частотой 20—60 об/мин при скорости роста 5-7 мм/час. При этом выращивают монокристаллы ГГГ диаметром до 75-100 мм и длиной более 200 мм.  Рис. 4.2. Схема установки для выращивания кристаллов по методу Чохральского. Основным требованием к аппа ратуре является обеспечение высокой термической и механической стабильности с целью поддержания оптимальных ростовых условий в течение всего процесса выращивания. Наиболее важным вопросим в технологии кристаллов ГГГ для подложек эпитаксиальных пленок являет ся обеспечение надлежащего качества, характеризующеюся отсутст вием дефектов структурного происхождения на площади подложки. 1) В первую очередь при получении кристаллов с низкой плотно стью дефектов типа включений исходные материалы должны быть высокой степени чистоты: чистота оксида галлия — не менее 99,999%, оксида гадолиния — не менее 99,999%. Но даже при выполнении этого условия для кристалла ГГГ характерны два типа включений. Это продукты разложения Gа2О3 и металлические частицы иридия — про дукты эрозии тигля. Процесс разложения оксида галлия и растворе ния иридия в расплаве может быть представлен следующим обра зом: Gа2О3 ↔ Gа2О + О2; 3Gd2О3 +(5-x) Gа2О3 + x Gа2О → Gd2yGa10О15-2x+2y↓ + (3-y) Gd2О3↓; Ir+O2 ↔ IrO2 (раствор) – на стенке тигля, IrO2 (раствор) + Gа2О → Ir↓ + Gа2О3 – на фронте кристаллизации. Для уменьшения степени раз ложения Gа2О3 рекомендуется про водить процесс выращивания в га зовой смеси (азот + 2% кислорода). При этом количество вклю чений такого типа минимизируется при достаточно большом времени жизни тигля [21]. 2) Дефектами, приводящими к возникновению упругих напряжений, в кристаллах ГГГ являются сердечник и полосы роста. Они выявля ются методами рентгеновской топографии или поляризованным све том. Дефект типа сердечника связан с образованием граней (фацет) (112) и (110) на поверхности раздела. Размер и форма фацет за висят от углов пересечения граней с поверхностью раздела. Фацеты отсутствуют на плоской поверхности раздела. Разница в постоянных решетки фацетированных и нефацетированных областей составляет 0,001  . В рабочей области подложки не должно быть границ фацет. Для выравнивания фронта кристаллизации при росте кристалла на ряду с вращением кристалла и расплава необходимо снижать тем пературные градиенты в расплаве [22]. Полосы роста в кристаллах, выращенных по методу Чохральско го, обусловлены изменением состава и параметра решетки вследствие циклического изменения скорости роста. Нефацетированные кристал лы характеризуются изменением параметра на полосах не более 0,001 . При плоской форме фронта кристаллизации полосчатость на подложках, вырезанных перпендикулярно оси кристалла, не про является [23]. 3) Часто встречающимися дефектами в монокристаллах подложек эпитаксиальных гранатовых пленок являются дислокации. В связи с тем что энергия образования дислокаций пропорциональна квадра ту постоянной решетки, в кристаллах ГГГ (  ) плотность дислокаций невысока и обусловлена наличием включений, напряжен ных областей или дефектами затравки. Встречаются линейные дис локации, приблизительно параллельные оси були, и дислокационные петли. Обычно они связаны с включениями, но дислокационные пет ли могут появляться и без включений. Дислокационные петли лежат в (111), (100) и (110) кристаллографических плоскостях и дости гают диаметра до 750 мкм [24]. Для уменьшения дефектов (дислокаций, напряжений), наследуемых растущим кристаллом от поверхности затравки, ее предварительно прогревают над расплавом. Установка выращивания монокристаллов гадолиний-галлиевого граната СКИФ-3 Предназначена для выращивания монокристаллов гадолиний-галлиевого граната и других неразлагающихся окисных материалов методом Чохральского. Максимальный диаметр выращиваемого монокристалла, 125 мм. Особенности конструкции - индукционный нагрев тигля, - среда выращивания - проток газовой смеси, - автоматический контроль диаметра кристалла, - датчик веса оригинальной конструкции. Технические характеристики - загрузка тигля, 25 кг, - точность поддержания диаметра кристалла, +-1 мм, - нестабильность поддержания напряжения на индукторе, +-0,05%, - управление - микро-ЭВМ, - максимальная потребляемая мощность, 140 кВт, - занимаемая площадь, 25 м2, - масса 3770 кг. Размер выращиваемой заготовки: 50x100 мм.  Рис. 4.3. Простейший кристаллоносец для выращивания кристаллов 1 — стержень; 2 — полиэтиленовая или резиновая трубка; 3 — затравка. Процесс выращивания подложки:
4.4 Ориентация кристалла В процессе роста монокристаллов наблюдается несоответствие оси слитка кристаллографической оси. Для получения пластин, ориентированных в заданной плоскости, до резки производят ориентацию слитков. Для контроля угла среза кристалла применяют рентгенографический метод. Данный метод основан на дифракции рентгеновских лучей в кристалле вещества. Рентгеновские лучи при прохождении через кристалл взаимодействуют с электронными оболочками атомов. В результате этого взаимодействия происходит дифракция рентгеновких лучей и на фотопленке получается дифракционная картина – пятна или окружности. Из дифракционной картины получают сведения о размещении молекул, о расстояниях между атомами и углах между химическими связями. Положение плоскости среза определяется на рентгенгониометре (рис. 4.4) по отношению к атомной плоскости, ориентация которой известна. Для измерения угла среза выбирается ближайшая к нему атомная плоскость, обладающая интенсивностью отражения не меньше 0,5% интенсивности минимально отражающей поверхности. Выбранная атомная плоскость должна составлять угол δ с плоскостью среза, несколько меньше угла θ Брегга. Рентгеновские лучи с длиной волны λ=0,15405 нм от рентгеновской трубки 1 с медным анодом проходят через бериллиевое окно 2, коллиматор 3, представляющий собой металлическую трубу с вертикальной и горизонтальной щелями на концах, селективный никелевый фильтр 4 к пластине 5, закрепленной в приставке 6, угол поворота которой фиксируется на дисковой шкале 7. Если пластину с параллельными гранями и атомными плоскостями (hk.l) установить так, чтобы угол А был равен углу Брэгга  , то рентгеновские лучи отразятся от него под углом Брэгга  через горизонтальную 8 и вертикальную 9 щели, достигнут детектора рентгеновского излучения 10, установленного под углом 2 и фиксируются счетчиком 11 и регистратором максимальной интенсивности отражения 12 [21]. Рис. 4.4. Схема рентгенгониометра Если же атомная плоскость не параллельна грани, а находится под δ углом, то прибор покажет максимум отражения при повороте контрольной пластины на угол  . Погрешности определения углов ориентации составляют ±30’’.Кристаллографические плоскости характеризуются определенными углами отражения падающих на них рентгеновских лучей. Величины этих углов, например, для кремния: (111) –17°56', (110) - 30° 12', (100) – 44°23' Для ориентации рентгеновским способом используют установки УРС-50И, УРС-60, УРС-70К1. Универсальная установка УРС-50И с приставкой ЖК 78.04 предназначена для определения ориентации в кристалло графической плоскости (111). Максимальный угол отклонения кристаллографической плоскости (111) от торца слитка Si , который можно определить на данной установке, составляет 14°, а для слит ков Ge — 13°.  Рис. 4.5. Общий вид рентгеновской установки для ориентирования монокристаллов УРС-50И(М)
Общий вид рентгеновской установки для ориентирования монокристаллов с приставкой показан на рис. 4.5. Аппарат состоит из стола 2, гониометрического устройства 5 (ГУР-3, а для модификации УРС-50ИМ – ГУР-4), рентгеновской трубки – источника рентгеновских лучей 7, счетчика квантов 4, распределительного блока 1, блока усиления импульсов 3, защитного экрана 6. Установка подключается к сети через входной стабилизатор типа СН-1. Анод рентгеновской трубки защищен массивным металлическим кожухом и охлаждается водой. Все части установки, кроме измерительного шкафа 1, который выполнен отдельно, расположены на столе 2. Внутри стола размещены пускорегулирующая аппаратура и высоковольтное генераторное устройство, питающее рентгеновскую трубку [25]. Процесс ориентации кристалла:
4.5 Механообработка подложки 4.5.1 Резка подложки на заготовки Распиловочные станки предназначены для резки блоков оптических материалов дисковыми пилами с алмазной режущей кромкой. Выберем станок, обрабатывающий заготовку размером менее 200мм. При резке заготовок из кристаллических материалов необходимо учитывать их малую механическую прочность и использовать при резке мягкие режимы. В данном случае предпочтителен станок универсальный отрезной АОС-200М с характеристиками, представленными в таблице 4.1. Таблица 4.1. Характеристики станка АОС-200М
Распиливание заготовок в виде кусков и пластин выполняют алмазными отрезными кругами формы АОК по ГОСТ 10110-87. Стандарт предусматривает 12 типоразмеров кругов. Они различаются диаметром, шириной и толщиной алмазосодержащего слоя. Круги представляют собой диски из холоднокатаной стали марки 08кп по ГОСТ 1050-88, по периферии которых способом порошковой металлургии закреплен алмазосодержащий слой. Диаметр кругов от 50 до 500 мм, толщина от 0,15 до 2,4 мм. Профиль алмазосодержащего слоя прямоугольный и трапецеидальный. Марки применяемых алмазных порошков: А2, АС15, АС20, АС50. Зернистость от 50/40 до 630/500. Концентрация находится в пределах от 2 до 100% с увеличением зернистости, которая находится в зависимости от диаметра круга.  Рис. 4.6. Чертеж алмазного отрезного круга Выберем круг 2726-0234. Его параметры представлены в таблице 4.2. Таблица 4.2. Параметры круга 2726-0234
Зернистость 160/125. При распиливании используется смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Применим в качестве СОЖ эмульсию. Эмульсия имеет следующий состав, %: эмульсол от 2 до 8, керосин – от 0 до 8, вода – от 85 до 98. Представляет собой отходы масляного производства, содержит малое количество поверхностно активных веществ. Блокирование: Вспомогательный инструмент: Планшайба цеховая ГОСТ4784-74 1. Нагреть планшайбу, стеклянную пластину и заготовку до температуры наклеечной смолы. Оборудование – плита электрическая. 2. Смазать планшайбу, стеклянную пластину и заготовки наклеечной смолой. 3. Положить на планшайбу стеклянную пластину 4. Положить на пластину заготовки 5. Охладить блок заготовок Распиловка на станке АОС-200М Инструмент – АОК. Вспомогательный инструмент: Планшайба цеховая ГОСТ4784-74 Измерительный инструмент: линейка металлическая 1. Закрепить блок заготовок в тиски на поворотном столе станка 2. Выставить блок так, чтобы плоскость распила совпадала с плоскостью вращения пилы. 3. Включить станок 4. Отрезать заготовки толщиной 1,2мм Разблокирование: 1. Выключить станок 2. Снять блок заготовок со станка 3. Нагреть блок на плите до температуры плавления наклеечного состава 4. Снять заготовки 5. Протереть планшайбу ватой с бензином Промывка: 1. Протереть заготовки ватой с бензином. 2. Промыть заготовки горячей водой и протереть салфеткой 4.5.2 Шлифование подложкиШлифование является определяющей стадией механической обработки, в процессе которой обеспечивается сохранение ориентации, полученной при резке или исправления угла среза, и формируют основные параметры точности и качества подложек, подготавливая поверхности к последующему полированию. Даже имея материал с исключительно высоким кри сталлическим совершенством, невозможно получить высококачествен ную эпитаксиальную пленку, если поверхность не обработана так, чтобы исключить все следы нарушений, связанных с резкой и меха нической полировкой. Наряду с требованием к качеству поверхности должны быть обеспечены плоскостность и параллельность. И, наконец, подложка должна быть тщательно очищена и подготовлена к эпитаксиальному про цессу таким образом, чтобы в идеальном случае единственным источником дефектов в пленке мог бы оказаться только сам процесс жидкофазной эпитаксии. Жесткое блокирование плоской поверхности 1. Нагреть наклеечное приспособление 2. Установить наклеечное приспособление на подставку 3. Нанести слой смолы или клей-расплава в лунки наклеечного приспособления или на поверхность плоского наклеечного приспособления 4. Разогреть заготовки 5. Положить заготовки в лунки на слой смолы, нанесенный на поверхность наклеечного приспособления и прижать их 6. Охладить блок на воздухе Расчет плоского блока  Рис.4.7. Схема блокирования. Здесь выбираем оптимальную схему расположения заготовок в центральной зоне, обеспечивающую рациональное использование площади наклеечного приспособления, число зон, по которым располагаются заготовки, их количество. Коэффициент заполнения, характеризуемый отношением суммарной площади, занимаемой круглыми заготовками, к общей площади блока, одинаков у схем с одной, тремя и четырьмя заготовками в центральной зоне [26]. Для нахождения параметров блока последовательно выполняют следующие вычисления.
     
 При размещении одной детали в центре число зон – 5. При трех и четырех деталях в центральной зоне – 4 зоны.
1 деталь в центральной зоне:   3 детали в центральной зоне:   4 детали в центральной зоне:  Наиболее выгодным является заполнение с одним элементов в центральной зоне. Шлифование плоской поверхности Производить на станке 3ШП-350 Инструмент: плоскошлифовальный круг
4.5.3 Полирование подложкиПри механической обработке поверхности подложки в качестве промежуточных стадий полировки можно использовать абразивные порошки из алмаза или окиси алюминия. Для получения поверхности с малой глубиной нарушенного слоя применяют химико-механическое полирование. Оно ведется твердыми сферическими частицами диоксида кремния коллоидного диапазона зернистости 0.04-0,15 мкм (аэросила) в составе щелочной суспензии (вода 1000 мл, аэросил 90 г, глицерин 50 мл, этилендиамин 80 мл, перекись водорода 40 мл). Можно также применять полирование с помощью суспензии из Si02 сразу после шлифов ания, минуя промежуточные стадии полирования, однако при этом на много увеличивается время обработки, необходимое для снятия нарушенного поверхностного слоя. После шлифования успех финишной обработки зависит от сочетания скорости полирования, давления па подложку и скорости подачи суспензии. Обычно полирование производят при частоте вращения полировального круга 50—100 об/мин и удельном давлении (0,1—0,3) • 105 Н/м2. Из-за сравнительно невысокой твердости ГГГ внешние загрязнения следует сводить к минимуму путем созда ния гермозоны в месте обработки подложек. Дополнительные слож ности также возникают из-за того, что коллоидные частицы Si02 образуют агломераты, продолжающие нарушать поверхность под ложки. Это происходит, если используют слишком большие давления и скорости полирования в сочетании с неравномерным распределением потока жидкости по площади образца, что приводит к локальному возрастанию температуры и испарению жидкой связки. При пра вильно подобранных давлениях и скоростях полирования и скорости подачи суспензии примерно 1 капля в секунду можно получить вы сокое качество поверхности. Полирование Производить на станке 3ШП-350 Инструмент: плоскошлифовальный круг 1. Зазоры между деталями очистить от смолы 2. Подрезать равномерно полировальник по всей поверхности, подогреть в горячей воде и смазать полирующей суспензией 3. Установить на шпинделе станка обрабатывающий инструмент и осуществить ручную прополировку блока с деталями используя в качестве суспензии аэросил. 4. Полировать блок в течение 10 минут. Частота вращения 80 об/мин. 5. По окончании полирования снять блок со станка, промыть мягкой губкой в теплой воде 6. Произвести контроль класса чистоты. Инструмент: лупа 6х, микрометр Лакирование плоской поверхности Защитное покрытие эмалью отполированной поверхности во избежание получений повреждений во время закрепления детали, центрировки и транспортировки ее в помещениях цеха. Используется: эмаль НЦ-25, кисть беличья, салфетка фланелевая, работы проводить под вытяжкой. Разблокирование осуществлять охлаждением при температуре от -30 до -50оС. Промывка водой Повторить пункты шлифования, полирования и лакирования для другой стороны пластины. Контроль подложек. Контролируют качество поверхности (дефекты поверхности и при необходимости глубину нарушенного слоя) и отклонения геометрической формы (разнотолщинность, клиновидность, неплоскостность и прогиб). Состояние шлифованной и полированной поверхностей пластин, наличие ямок, светящихся точек, сколов, пятен, рисок и трещин контролируют визуально невооруженным глазом или под микроскопом. При помощи стереоскопического микроскопа МБС-1 и металлографического микроскопа МИС-11 проверяют наличие на поверхности дефектов и следов загрязнения при максимальных увеличениях – 88x (МБС-1) и 1440x (МИС-11). После любой абразивной обработки возникает нарушенный слой за счет ударного воздействия зерен на обрабатываемую поверхность. Глубину нарушенного слоя определяют несколькими методами: рентгеновским, электронографическим, травлением и др. Толщину пластин измеряют либо установленным на стойке индикатором часового типа с ценой деления 1 мкм, либо оптическим длинномером ИКВ-3 (± 0,5 мкм) . Индикатор и длинномер ИКВ-3 используют также для определения клиновидности пластин, которая будет равна наибольшей разности значений толщин пластины в диаметрально противоположных точках. Для измерения неплоскостности окончательно обработанных пластин, закрепленных на вакуумном столике, используют интерферометры с лазерным источником излучения. Прогиб пластин контролируется бесконтактным емкостным или интерференционными методами. 4.6 Эпитаксиальное выращивание Bi-содержащих МПФГЭпитаксиальные гранатовые магнитные пленки для магнитооптических применений могут быть по лучены различными методами: газотранспортной эпитаксией (ГТЭ), гидротермальной эпитаксией и жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ). ЖФЭ наиболее эффективна. Этим процессом могут быть получены гранатовые пленки многих составов с чрезвычайно низкой даже нулевой плотностью дефектов, характеристики которых легко контролируются и воспроизводятся. При выращивании пленки главным требованием является соблюдение равенства постоянных решеток подложки и пленки, что в свою очередь влияет на магнитооптические характеристики МПФГ. Существо ЖФЭ за ключается в том, что подготовленная для эпитаксии монокристаллическая подложка помещается в раствор-рас плав, содержащий компоненты выращиваемой пленки и растворитель. Если раствор-расплав находится в пере охлажденном состоянии, то на подложке нарастает мо нокристаллический слой магнитного граната заданного состава. Наиболее распространенным вариантом ЖФЭ в применении к выращиванию магнитных гранатовых пленок является метод погружения, заключающийся в кратковременном погружении горизонтально или вер тикально расположенной подложки в раствор-расплав, содержащийся в платиновом тигле. Для получения пленки на одной стороне подложки рост производится сразу на двух горизонтально расположен ных подложках, закрепленных вместе в платиновом дер жателе. При хорошей плоскостности поверхности подложек рост пленки на соприкасающихся поверхностях не происходит. ЖФЭ в себя включает следующие этапы: подготовку раствора-расплава (нагрев, выдержка, охлаждение до температуры роста), опускание подложки на уровень расплава, выдержку над поверхностью рас плава для выравнивания температуры подложки, погру жение подложки в раствор-расплав на время роста плен ки, подъем подложки с пленкой со скоростью около 50 мм/мин, а также программа вращения тигля и под ложки, включающая как обязательный элемент быструю (400—1000 об/мин) раскрутку подложки после подъема из раствора-расплава для центробежного удаления его остатков с поверхности пленки [7]. Если раствор-расплав переохлажден, то при погружении в него соответствующей монокристаллической подложки происходит рост пленки. Скорость роста линейно зави сит от приведенного параметра переохлаждения. Толщина эпитаксиальной пленки также линейно за висит от времени выращивания для разных ростовых условий, кроме начального периода, где эта зависимость существенно нелинейная. Такое поведение свидетельству ет о наличии переходного периода в росте, в течение ко торого формируется пограничный диффузионный слой [29].  Рис. 4.8. Схема установки ЖФЭ. На рис.4.8 показана схема установки эпитаксиального выращивания, где 1 – верхняя управляющая головка, 2 – печной блок предварительного нагрева, 3 – основной печной блок, 4 – подъемная система печи, 5 – нижняя управляющая головка, 6 – двигатель вертикального перемещения штока, 7 – двигатель осевого вращения штока, 8 – верхняя керамическая заглушка, 9 – средняя керамическая заглушка, 10 – платиновый тигель с расплавом, 11 – подложка, 12 – компьютер, 13 – блок АЦП и ЦАП, 14 – блок энергоснабжения двигателей, 15 – устройство ручного контроля, 16 – устройство зонного контроля температур. При росте из раствора процессом, контролирующим скорость роста, может быть либо транспорт материала к растущей поверхности, либо кинетические эффекты на поверхности раздела, где частицы материала присоеди няются к растущему кристаллу. Если объемная диффу зия через пограничный слой играет решающую роль в скорости роста кристалла, то последняя есть некото рая функция относительного движения между раствором и кристаллом. Вращение кристалла, например, скажется в снижении толщины пограничного слоя и приведет, сле довательно, к увеличению скорости роста кристалла. В целом диффузионный механизм роста в ЖФЭ гра натовых пленок подтверждается следующими фактами: 1) до некоторой степени переохлаждения (10—20°С) со храняется строгая линейность в зависимости скорости роста от переохлаждения; 2) скорость роста на подлож ках ориентации [111] не зависит от плотности дислока ций в них и сохраняет свое значение при росте на бездислокационных подложках. Однако зависимость ско рости роста от кристаллографической ориентации поверх ности подложки, а также большая скорость роста на начальном участке толщины пленки (примерно 0,1 мкм) говорят о некотором вкладе реакционной поверхностной кинетики в эпитаксиальный рост. С учетом вышесказан ного жидкофазная эпитаксия гранатовых пленок может быть представлена следующей последовательностью эле ментарных процессов:
Магнитные характеристики эпитаксиальных гранато вых пленок в значительной степени зависят от условии выращивания. Намагниченность 4πМs можно изменять либо изотермическим отжигом пленок при соответствующей равновесной температуре, либо изменением содержания галлия путем вариации ростовых параметров, в частности, скорости роста, которая связана с пере охлаждением и частотой вращения подложки. Выращивание грана товых пленок с висмутом с повышенными магнитоопти ческими свойствами связано с выполнением ряда специ фических требований, обусловленных особенностями применения этих материалов. Во-первых, оптическое поглощение в видимом диапазоне света должно быть минимальным; во-вторых, анизотропия пле нок должна изменяться в широких пределах — от боль шой одноосной перпендикулярной поверхности пленки до плоскостной; коэрцитивность доменной стенки долж на изменяться от долей эрстеда до десятков эрстед и др. Выполнение многих из этих требований определя ется условиями выращивания пленок. Для минимизации оптического поглощения пленки не должны содержать нескомпенсированных двух- и че тырехвалентных примесей, таких как Рb2+, Са2+, Si4+, Gе4+, Рt4+, влияние которых на поглощение неодинаково. При выращивании пленок с Вi раствор-расплав дол жен удовлетворять следующим требованиям: 1) содер жать Вi2О3 в большой концентрации; 2) иметь низкую температуру ликвидуса, так как температурная зависимость коэффициента распределения Bi ограничивает максимальное замещение в гранате при повышении тем пературы роста; 3) иметь вязкость менее 2-10-3 Нс/м2; 4) другие, кроме Вi и Fе, компоненты растворителя не должны внедряться в гранатовую пленку и ухудшать ее свойства; 5) растворимость компонент граната в рас творе-расплаве должна быть высокой и раствор-расплав должен быть стабилен в переохлажденном состоянии. Многим из этих требований удовлетворяет раствор-рас плав на основе растворителя Вi2О3—RО2 (R – Si, Ge, Ce) (см. табл. 3.5). При выращивании Bi-содержащих пленок тем пература гомогенизации расплава 1050°С [30]. Для проведения жидкофазной эпитаксии используется установка Эпигран ТМ. Схема представлена на рис. 4.9.  Рис. 4.9. Схема установки жидкофазной эпитаксии структур Эпигран ТМ. Установка обладает следующими особенностями:
Процесс выращивания висмутсодержащей пленки феррит-граната:
Вi2О3 - 233 г, Y2О3 - 2,07 г, Fe2О3 - 11,0 г, Ga2О3 - 1,0 г, CeО2 - 0,86 г. Контроль шихты осуществлять химическим анализом трех проб в соде, борной кислоте. Содержание посторонних примесей не должно превышать 10-4 ат. долей.
4.7 Нанесение покрытий 4.7.1 Нанесение зеркального покрытия термическим испарением в вакууме Для повышения коэффициента отражения и защиты магнитной пленки от химического и механического взаимодействия требуется нанести зеркальное покрытие. Получение тонких пленок на основе термического испарения материала осуществляется в вакуумной установке (ВУ) с подколпачным устройством. Требуется нанести покрытие толщиной 0,4 мкм из алюминия (Тис,660 С) с подслоем хрома (Тис,1900 С). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, град/мкм)