Рентгенодифракционное исследование тонких металлических пленок с магнитными слоями сплава Fe-Cr-Co
Authors: Zayonchkovskiy Vyacheslav S. , Antoshina Irina A. , Aung Kyaw Kyaw , Isaev Evgenij I. , Milyaev Igor’ M. 
Published: March 2020

Цель статьи – определение фазового состава структур пленочных постоянных магнитов со слоями сплава Fe-Cr-Co микронного диапазона толщин, называемого сплавом Kaneko. Знание фазового состава необходимо для разработки физико-технологических подходов создания оптимальных структур на подложках монокристаллического кремния с пленочным постоянным магнитом на основе дисперсионно-твердеющего сплава с вектором намагниченности в плоскости кремниевой подложки.Методом магнетронного напыления на кремниевой подложке были  получены трехслойные металлические пленки: слой дисперсионно-твердеющего сплава на основе системы Fe-Cr-Co (толщиной 3600 нм), компенсационный медный слой (3800 нм) и ванадиевый адгезионно-барьерный слой (110 нм). Сформированные на кремниевой подложке многослойные пленки подвергались одноминутному отжигу в высоком вакууме в диапазоне температур 600–650 °С. Методом рентгеновской дифракции выполнен качественный фазовый анализ структур, полученныхмагнетронным напылением и подвергнутых одноступенчатой термической обработке.Определено, что в слое дисперсионно-твердеющего сплава на основе системы Fe-Cr-Co, полученного магнетронным напылением, не образуются окислы основных компонентов и s-фаза, как в процессе получения, так и после высоковакуумного «быстрого» одноминутного отжига в диапазоне температур 600–650 °С. При температуре отжига 630 °С наблюдается максимальная интенсивность рентгеновской линии (110) a-фазы, что свидетельствует о формировании преимущественно a-твердого раствора и является предпосылкой для корректного проведения последующих ступеней отжига для спинодального распада этой фазы.

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Kaneko H., Homma M., Nakamura K. New ductile permanent magnet of Fe-Cr-Co system. AJP Conference Proceedings. 1972;5: 1088–1092. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2953814

Tsung-Shune Chin, Kou-Her Wang, Cheng-Hsiung Lin. High coercivity Fe-Cr-Co thin fi lms by vacuum evaporation. Japanese Journal of Applied Physics. 1991;30(8): 1652–1695. DOI: https://doi.org/10.1143/jjap.30.1692

Chang H. C., Chang Y. H., Yao S. Y. The magnetic properties and microstructures of Fe-Cr-Co thin fi lms obtained by ion beam sputtering. Materials Science and Engineering B. 1996; 39(2): 87–94. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5107(95)01428-4

Masahiro Kitada, Yoshihisa Kamo, Hideo Tanabe. Magnetoresistive thin-fi lm sensor with permanent magnet biasing film. Journal of Applied Physics. 1985;58(4): 1667–1670. DOI: https://doi.org/10.1063/1.336058

Rastabi R. A., Ghasemi A., Tavoosi M., Ramazani M. Magnetic features of Fe-Cr-Co alloys with tailoring chromium content fabricated by spark plasma sintering. Magnetic Materials. 2017;426(15): 742–752. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.10.132

Zubair Ahmad, Zhongwu Liu, A. ul Haq. Synthesis, magnetic and microstructural properties  of Alnico magnets with additives. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017;428: 125–131. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.12.023

Jin Y., Zhang W., Kharel P. R., Valloppilly S. R., Skomski R., Sellmyer D. J. Effect of boron doping on nanostructure and magnetism of rapidly quenched Zr2Co11-based alloys. AIP Adv. 2016;6(5): 056002. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1063/1.4942556

Lin Zhang, Zhaolong Xiang, Xiaodi Li, Engang Wang. Spinodal decomposition in Fe-25Cr-12Co alloys under the infl uence of high magnetic fi eld and the effect of grain boundary. Nanomaterials (Basel). 2018;8(8): 578. DOI: https://doi.org/10.3390/nano8080578

Zayonchkovskiy V., Kyaw A. K., Milyaev, I., Perov N., Prokhorov I., Klimov A., Andreev A. (2019). Thin metal fi lms with dispersion-hardening magnetic layers of Fe–Cr–Co alloy. Kondensirovannye Sredyi Mezhfaznye Granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2019;21(4): 505–518. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/2362

Миркин Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Физматгиз; 1961. 863 с.

Сайт компании NanoFocus. Режим доступа: https://m.nanofocus.de/en/

Сайт компании ООО “ГЕО-НДТ”. Режим доступа: https://www.geo-ndt.ru/pribor-6855-rentgenoflyorescentnii-analizator-metekspert.htm

Справочник по цветным металлам. Режим доступа: https://libmetal.ru/index.htm

Сайт «Всё о металлургии». Режим доступа:  http://metal-archive.ru/vanadiy/955-mehanicheskiesvoystva-vanadiya.html

Громов Д. Г. Мочалов А. И., Сулимин А. Д., Шевяков В. И. Металлизация ультрабольших интегральных схем. М.: БИНОМ; 2012. 277 с.

Лякишев Н. П., Банных О. А., Рохлин Л. Л. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник в трех томах. М.: Машиностроение; 1997. 872 c.

Кекало И. Б., Самарин Б. А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами. M.: Металлургия; 1989. 496 с.

ГОСТ 24897-81. Материалы магнитотвердые деформируемые. Solid magnetic deformed materials. Marks. М.: Издательство стандартов; 1981. 21 с.

Bragg W. L. The diffraction of short electromagnetic waves by a crystal. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 17, 43–57 (1913). Communicated by Professor Sir J. J. Thomson. Read 11 November 1912. In: X-ray and Neutron Diffraction. Elsevier; 1966. p. 19–125. DOI:  https://doi.org/10.1016/b978-0-08-011999-1.50015-8

Кремний. Физическая энциклопедия. Гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия; 1990. 704 с.

Vompe T. N., D’yakonova N., Milyaev I., Prutskov M. Kinetics of s-phase formation in a strain aging hard magnetic Fe-33% Cr-12% Co-2% Cu alloy. Russian Metallurgy (Metally). 2012;(1): 55–57. DOI: https://doi.org/10.1134/s0036029512010168

Генералова К. Н., Ряпосов И. В., Шацов А. А. Порошковые сплавы системы Fe-Cr-Co, термообработанные в области «гребня». Письма о материалах. 2017;7(2): 133–136. DOI: https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-2-133-136

Медь. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия; 1992. 672.

International Centre for Diffraction Data (ICDD).Режим доступа: www.icdd.com

Козвонин В. А., Шацов А. А., Ряпосов И. В. Поликомпонентные концентрационнонеоднородные сплавы системы Fe–Cr–Co–Si–B повышенной плотности. Вестник ПНИПУ. Машиностроение материаловедение. 2016;18(4): 188–202. DOI: https://doi.10.15595/2224-9877/2016.4.14