تولید لایه های نازک آمورف از مواد مغناطیسی نرم با روش اسپاترینگ

ارائه گزارش نهایی طرح به کارفرما.

مواد مغناطیسی به صورت لایه نازک کاربردهای فراوانی در صنایع نظامی، الکتریک، کامپیوتر و... دارند. روش های انجماد سریع، تبخیر و اسپاترینگ از جمله روش های تولید لایه های نازک مغناطیسی می باشند که امروزه روش اسپاترینگ بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
در این پژوهش تولید لایه های نازک آمورف با خواص مغناطیسی نرم بر پایه ترکیب شیمیایی Co₈₂Zr₂Nb₁₀ با توجه به کاربرد آن در سیستم های حفاظت الکترونیکی کالا، هدهای مغناطیسی و... با استفاده از روش DC-Magnetron Sputtering مورد توجه قرار گرفت.
لایه مورد نظر پس از ساخت دیسک آلیاژی CoNbZr بعنوان تارگت بر روی زیرلایه های شیشه و مایلار (نوعی PET) نشانده شد. در این روش بعد از برقراری خلا در محفظه تارگت به منبع تغذیه با ولتاژ منفی وصل شد. نمونه مقابل تارگت در فاصله مورد نظر قرار گرفت. بعلت اختلاف پتانسیل ایجاد شده ذرات گاز آرگون درون محفظه یونیزه می شوند، در اثر برخورد این ذرات پرانرژی به سطح تارگت و بعلت انتقال اندازه حرکت از یون های مثبت گازی برخورد کرده به سطح تارگت، اتمهای تشکیل دهنده آن کنده شده و بر روی زیرلایه نشانده شدند.
تعداد زیادی از آزمایش های انجام شده برای رسیدن به شرایط عملی انجام پذیری و پایداری انجام شدند. لایه نشانی این آلیاژ فرآیند پیچیده ای است که به پارامترهای زیادی بستگی دارد. بررسی هر یک از این پارامترها مستلزم ثابت نگه داشتن سایر پارامترها می باشد، که چنین قابلیتی در دستگاههای موجود در ایران وجود نداشت. بنابراین ترکیبی از اثر فاصله نمونه از تارگت و دمای زیرلایه مورد بررسی قرار گرفت، همچنین یک تست RF-Sputtering نیز انجام شد.
نمونه های تولید شده با استفاده از XRD و SEM مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج بررسی های لایه های نازک تولید شده نشان داد که ضخامت لایه ها ~30nm با ساختار آمورف و بعضا بهمراه مقداری فازهای نانوکریستالی است. نرخ لایه نشانی در روش (2.6 A^o/s) RF، در حدود 10 برابر نرخ لایه نشانی با روش (0.25 A^o/s) DC می باشد.

In this research, amorphous Co88Zr2Nb10 thin films having soft magnetic properties were prepared by DC-Magnetron Sputtering and RF-Sputtering on glass and Mylar substrates. The effects of some processing parameters, such as, distance between target and substrate and temperature of the substrate were studied on microstructure and thickness of the thin films. The rates of deposition in RF-sputtering were an oder of magnitude higher than that in DC-magnetron sputtering.
The results of experiments by X-Ray Diffractometry (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) showed that the thickness of the CoZrNb thin films were about 300nm and the structure of the films were amorphous Although occasionally, some nanocrystalline phases were also detected in the microstructure.
Amorphous CoZrNb thin films have potential to use in many applications, such as magnetic recording heads and electromagnetic article surveillance systems.