Методическое пособие 492

УДК 538.953

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ГРАДИЕНТНЫХ ПЛЕНОК Ni-ZrO2

ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОННОГО ВЧ НАПЫЛЕНИЯ

В РЕАКТИВНОЙ СРЕДЕ (Ar+O2)

М.С. Филатов, О.В. Стогней

кафедра физики твердого тела ВГТУ

Интерес к исследованию градиентных наноструктурированных покрытий обу-

словлен возможностью создания структуры с изменяющейся по толщине концентрацией

элементов. В данной работе с помощью магнетронного ВЧ реактивного напыления были

получены градиентные пленки Ni-ZrO2. Теоретический профиль распределения Ni и

ZrO2 показан на рис. 1. Изменение концентрации никеля и диоксида циркония происхо-

дило за счет изменения мощности, подаваемой на

100

ZrO2

0

магнетроны, распыляющие

никелевую и

сплав-

ную (ZrY) мишени. Так,

в начальный

момент

Ni

80

20

времени на магнетрон с никелевой мишенью по-

ZrO

%

60

40

давалась мощность равная 600 Вт, а на магнетрон

.

2

с мишенью ZrY подавалось 100 Вт. В процессе

Ni, ат

40

60

% .ат ,

20

80

напылений происходило постепенное изменение

0

100

мощности (Ni↓, ZrY↑) на обоих магнетронах. Из-

менение, вследствие этого, плотности атомных

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

потоков Ni и ZrY позволяло получать покрытия,

Толщина покрытия h, мкм

концентрационный профиль которых должен со-

Рис.

1. Профильное распределение Ni и

ответствовать градиентному профилю, представ-

ZrO2

в градиентных пленках, полученных с

ленному на рис. 1.

помощью магнетронного ВЧ напыления в

Структура полученных градиентных пле-

реактивной среде (Ar+O2)

нок Ni-ZrO2 (рис. 2) напоминает структуру изо-

55

(111)

тропных композитов, полученных в атмосфере

(Ar+O2) с повышенным давлением кислорода, и

50

NiO

45

- аморфный ZrO2

находящихся за порогом перколяции (Ni > 50 ат.

40

(012)

ед.

%) [1]. Однако, в градиентных пленках наблюда-

35

PO2= 0.04 Па (К-34.1 %, А-65.9 %)

.

30

ется текстура в направлении NiO (111)

I отн

25

По данным рентгеноструктурного анализа

20

установлено влияние давления кислорода на со-

15

PO2= 0.02 Па (К-12.5 %, А-87.5 %)

10

отношение долей кристаллического оксида нике-

5

30

40

50

60 70

80

90

100

ля и рентгено-аморфного

оксида циркония. В

2q

случае PO2 = 0.04 Па доля NiO (кристаллическая

Рис. 2. Рентгенограммы градиентных пле-

часть) составила 34 %, доля оксида циркония

(аморфная часть) 66 %. В случае PO2 = 0.02 Па до-

нок полученных с помощью магнетронно-

ля NiO (кристаллическая часть) составила 13 %, а

го ВЧ напыления в реактивной среде

(Ar+O2) с разным давлением O2

доля аморфной части, в данном случае это ZrO2

составила 87 %.

а

в

Анализ морфологии поверхности полу-

ченных градиентных пленок в обоих случаях

показал наличие трещин. Форма распределе-

ния трещин по поверхности образцов одинако-

ва, однако в случае градиентной пленки полу-

ченной в условиях пониженного (PO2 = 0.02

Па) давления кислорода (рис. 1) трещины на-

блюдаются по всей поверхности пленки, во

Рис. 1 - Градиентная пленка, полученная в

условиях пониженного давления кислорода

втором случае (рис. 2) на поверхности пленки

PO2

= 0.02 Па.

наблюдаются участки без видимых нарушений

целостности поверхности. По всей видимости,

образование трещин происходит под действи-

ем деформационных напряжений, возникаю-

щих на границе стекло-пленка и связанных с

различием значений ТКР у стекла и у никеля.

Это предположение подтверждается тем, что в

пленке, полученной в условиях повышенного

давления кислорода и содержащей большую

долю оксида никеля (34 %), наблюдаются уча-

стки свободные от трещин (рис. 2). Более того,

Рис. 2 - Градиентная пленка, полученная в

при напылении чистого оксид циркония (без

условиях повышенного давления кислорода

примеси никеля) растрескивания поверхности

PO2

= 0.04 Па.

пленки не происходит.

УДК 538.953

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ ПРОСТРАНСТВЕННО-

НЕОДНОРОДНЫХ ПАНЕЛЕЙ С НАНОКОМПОЗИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ ФЕР-

РОМАГНИТНЫЙ МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК

О.С. Тарасова, студент гр. НМ-151 А.П. Новичихина, А.В. Ситников,

кафедра физики твердого тела ВГТУ

Высокочастотные магнитные свойства на-

нокомпозитов лежат в основе создания перспек-

тивных радиопоглощающих покрытий для уст-

ройств СВЧ техники. Однако, в настоящее время

механизмы формирования эффективной высо-

кочастотной (ВЧ) магнитной проницаемости на-

Рис. 1 – топология полимерной про-

нокомпозитов малоизучены. Для исследования

странственно-неоднородной

подложки

влияния морфологии подложек на поглощение

полученной

с

помощью

трехмерной

электромагнитной волны в СВЧ диапазоне, с

печати

помощью технологии трехмерной печати были

получены пространственно-неоднородные по-

6

лимерные подложки (рис. 1). На подложках, ме-

4

тодом ионно-лучевого напыления, было получе-

ед.

2

но

нанокомпозиционное

покрытие

(Co40Fe40B20)60(SiO2)40. Пленка имела

толщину

отн.

0

,

порядка

1,6 мкм. Размер образца

составлял

Намагниченость

-2

360х360 мм2. На ситалловых подложках (образ-

-4

-6

цах свидетелях) проведены измерения намагни-

-8

ченности нанокомпозиционного покрытия мето-

-150

-100

-50

0

50

100

150

дом вибрационного магнитометра (рис. 2). Из-

Н, Э

мерения показали, что (Co40Fe40B20)60(SiO2)40 яв-

Рис. 2 – относительная намагничен-

ляются ферромагнитными, с полем анизотропии

ность композита

в плоскости порядка 21Э и коэрцитивной силой

8Э. Удельное электрическое сопротивление по-

5

крытия составляло 10-4 Ом·м. С помощью ру-

4

порного

метода, исследованы частотные зави-

симости коэффициента поглощения L. Измере-

3

ние проводилось по схеме «отражение на метал-

L, dB

2

ле». На рис. 3 представлен спектр поглощения L

-

1

в зависимости от частоты электромагнитного

0

излучения в диапазоне частот 6 - 20 ГГц. По ме-

ре увеличения частоты излучения наблюдается

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

плавное возрастание коэффициента поглощения

H, GHz

Рис. 3 –

спектр поглощения L в зави-

от 0 до 4.5 дБ. Отсутствие резонансных частот

симости от частоты электромагнитного

поглощения в данном диапазоне, возможно,

излучения

обусловлены более низкой частотой естествен-

ного ферромагнитного резонанса для пленок.

При данной величине поля анизотропии он со-

ставляет ~ 1,1 ГГц. Резонансы связанные со структурой подложки, возможно, не выявле-

ны в связи с высоким удельным электрическим сопротивлением функционального по-

крытия.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-45-360483 р_а