Магнитные материалы для микроэлектроники

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: сочинение егэ, сочинение рассказ
| Добавил(а) на сайт: Янпольский.

Характеристическая длина lо имеет размерность длины и связана с толщиной h пластины и диаметром D домена. С точки зрения увеличения плотности размещения информации желательно, чтобы диаметр домена был как можно меньше. Минимально достижимый диаметр домена при заданном материале а диаметр доменов в этом поле D —8l0.

Уменьшение размера ЦМД достигается применением материалов с малым lо.
Из следует, что увеличение намагниченности материала способствует этому в большей степени, чем снижение А .
Действительно, снижение фактора качества q ухудшает условия статической устойчивости ЦМД. Уменьшение обменной константы А' нецелесообразно, поскольку при этом снижается температурная устойчивость ЦМД. Минимальный размер домена, полученный в настоящее время в аморфных и гексагональных ферромагнетиках, составляет около 0,08 мкм. Температурный диапазон устойчивости ЦМД-структур достаточно широк (—50 + 60° С). Точка Нееля большинства современных ЦМД-материалов лежит в пределах 560—720 К.

Важной характеристикой материалов для ЦМД-устройств является коэрцитивная сила Нс, во многом определяющая подвижность доменов. Чем меньше Не, тем выше быстродействие ЦМД-устройства. Скорость перемещения домена также зависит от подвижности доменной границы urp. игр обратно пропорциональна фактору качества q. Поэтому материалы, обладающие большими значениями q, не отвечают требованиям высокого быстродействия ЦМД- устройств.

ЦМД могут быть получены во многих магнитных материалах, обладающих сильной одноосной анизотропией.

Ортоферриты RFeO3 — первые материалы, на которых были изучены ЦМД. В настоящее время эти материалы в промышленных ЦМД-устройствах практически не применяются, поскольку диаметр ЦМД ортоферритов порядка 80—100 мкм не позволяет обеспечить высокую плотность записи информации. Однако в ряде случаев ор-тоферриты, обладающие высокими магнитооптическими параметрами, сохранили свои позиции. Их применяют в виде пластинок, вырезанных определенным образом из монокристалла и доведенных посредством механической полировки до нужной толщины.
Монокристаллы ортоферритов получают обычными способами (см. § 2.20). Одним из наиболее перспективных считают выращивание монокристаллов из расплава с применением бестигельной зонной плавки и радиационного нагрева. Этот метод включает изготовление исходных для выращивания монокристаллов поликристаллических заготовок в виде цилиндрических стержней методами керамической технологии. Процесс кристаллизации осуществляется следующим образом. Из предварительно полученного любым методом монокристалла вырезают вдоль определенного кристаллографического направления затравку, которую закрепляют на керамическом или сапфировом держателе. По оси затравки с высокой точностью устанавливают исходный поликристаллический стержень.
Камера герметизируется, продувается и подключается к системе давления кислорода. Затравку и питающий стержень приводят во вращение, сближают до минимального расстояния и нагревают по определенному режиму. В месте сближения затравки и стержня образуется расплавленная зона. При медленном
(5—10 мм/ч) перемещении стержней относительно зоны па затравке начинается кристаллизация. После окончания процесса выращивания кристалл подвергают отжигу для уменьшения He извлекают из кристаллизационной камеры и отрезают от затравки. Таким образом можно получить монокристаллы в виде цилиндров диаметром до 8 мм и длиной до 80 мм.

Ферриты-гранаты со структурной формулой RзFе5012 содержат домены с диаметром порядка не более нескольких микрометров, что позволяет получить плотность размещения информации 105 бит/см2 и даже выше. Однако подвижность доменных границ этой группы материалов ниже, чем у ортоферрптов, и приблизительно равна 0,025 м2/(А-с).

Толщина пластинок из ферритов-гранатов должна быть порядка микрометра.

Такие тонкие пластины механической обработкой получить нельзя. Поэтому вместо пластин применяют монокристаллические пленки, изготовляемые эпитаксиальным методом — наращиванием пленки па немагнитной подложке.
Кристаллическую структуру и постоянную решетки подложки подбирают в соответствии с требуемой структурой получаемой пленки.

Изготовление пленок эпитаксиальным методом производят путем химического осаждения металлов, входящих в состав граната, в виде галогенидных паров на монокрпсталлпческую немагнитную подложку либо путем погружения подложки и расплав соответствующих оксидов граната.

Способ эпитаксии из газовой фазы обеспечивает получение пленок более высокого качества, однако эпитаксия из жидкой фазы не требует сложных установок и более технологична. Промышленное изготовление тонких пленок производят методом изотермической эпитаксии из переохлажденного расплава.

Недостаток эпитаксиальных пленок заключается в сравнительно высокой стоимости изготовления и обработки подложки. Необходимая для образования
ЦМД одноосная анизотропия возникает в процессе технологии изготовления пленок и обусловлена механическими напряжениями, которые появляются из-за неполного соответствия постоянных решетки подложки и эпитаксиального слоя, а также вследствие влияния небольших примесей свинца пли висмута, которые попадают в пленку из расплава.

Для подавления твердых ЦМД принимают специальные технологические меры, направленные на создание определенной структуры доменной стенки: ионное внедрение или покрытие поверхности пленки феррита-граната тонкой пленкой пермаллоя. При ионной имплантации вследствие бомбардировки пленки ионами с высокой энергией на ее поверхности образуется замыкающий магнитный слой толщиной меньше 1 мкм, намагниченность которого вследствие возникающих механических напряжений направлена перпендикулярно намагниченности ЦМД и лежит в плоскости пленки. Наиболее простым способом подавления твердых ЦМД является отжиг пленок в инертной среде при 1100° С.
Аморфные магнитные пленки сплавов переходных металлов с редкоземельными металлами типа Gd-Co и Gd-Fe являются сравнительно новыми перспективными доменосодержащими материалами с диаметром ЦМД меньше 1 мкм, что позволяет повысить плотность записи информации до 109 бит/см2. Их отличают также простота изготовления, относительно низкая стоимость, поскольку свойства аморфных материалов в отличие от эпитаксиалыных пленок слабо зависят от материала и качества подложки.

Магнитоупорядоченные интерметаллическне пленки GdCo3 и GdFe2 обеспечивают существование устойчивых ЦМД при определенном соотношении между компонентами состава, определенной толщине пленки и соответствующих условиях выращивания. Пленки производят чаще всего методом радиочастотного распыления на подложки из стекла пли электролитическим осаждением па подложки из меди.

Гексагональные ферриты со структурными формулами характеризуются высокой намагниченностью насыщения, высоким фактором качества, но их низкая подвижность ограничивает область применения этих материалов.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Ряд веществ, в том числе ферромагнетики, обладают магнитной оптической активностью. Наведенная магнитным полем оптическая активность проявляется и двух эффектах - Фарадея и Керра. Эффект Фарадея сводится к повороту плоскости линейной поляризации светового луча, проходящего через магнитооптическую среду. Угол поворота при направлении магнитного поля вдоль луча пропорционален напряженности магнитного поля. Нечто похожее наблюдается и при отражении линейно поляризованного луча света от поверхности ферромагнитного материала в присутствии магнитного поля. Этот эффект именуют эффектом Керра. Прошедший или отраженный свет несет, таким образом, информацию о текущем значении напряженности магнитного поля на поверхности ферромагнитного материала, зафиксированную углом поворота плоскости поляризации луча.

Модуляцию луча по поляризации следует преобразовать в модуляцию но интенсивности. Эта операция может быть выполнена чисто оптическими средствами. .Для этого достаточно магнитооптический элемент поместить (по лучу) между скрещенными поляризаторами (направления пропускания линейно поляризованного света поляризаторов перпендикулярны). Систему скрещенных поляризаторов принято называть поляризационным микроскопом. Эта система, в принципе, не пропускает свет. Однако, если в такой микроскоп ввести оптически активную среду, то часть света, пропорциональная квадрату синуса угла поворота плоскости поляризации, пройдет через систему. Итак, с помощью эффекта магнитооптической активности удается промодулировать свет по интенсивности приблизительно пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Магнитооптические эффекты применяются при считывании информации с магнитооптических дисков.

РЗ ортоферриты и ферриты-гранаты являются одними из лучших магнитооптических (МО) материалов, что обусловлено высокой прозрачностью для видимого и ближнего ИК-диапазонов, значительной величиной эффекта
Фарадея и большим значением коэффициента оптической добротности (отношение угла фарадеевского вращения к коэффициенту поглощения). Монооксид европия обладает рекордными значениями величины фарадеевского вращения (до 106 градЧ см), что делает его очень перспективным для применения в качестве магнитооптического материала.

Принцип действия магнитооптических устройств основан на использовании различных магнитооптических эффектов (Фарадея, Керра) в доменных структурах, перестраиваемых под воздействием внешних полей (тепловых, магнитных и т.д.).

Например, МО-модулятор осуществляет пространственную модуляцию световой волны при прохождении ее через перемагничиваемую доменную структуру тонкой магнитной пленки. Принцип модуляции основан на периодическом повороте плоскости поляризации света в пленке при подаче периодического управляющего сигнала в обмотку управления. Полученную фазовую модуляцию светового пучка с помощью анализатора преобразуют в амплитудную.

Из других МО-устройств можно выделить оптические ЗУ, МО-устройства сканирования света и ряд других.

Пригодность магнитных материалов для создания на их основе магнитооптических устройств зависит от совокупности магнитооптических свойств.

Магнитооптические свойства оценивают по магнитооптической активности в диапазоне оптических волн с учетом возможной их анизотропии.

Магнитооптическую активность характеризуют с помощью угла удельного фарадеевского вращения _____________ и коэффициента поглощения:

где d — толщина образца; I0, I1 — соответственно интенсивности падающего и прошедшего кристалл света.