Ανάπτυξη μαλακών μαγνητικών υμενίων με ελεγχόμενη ανισοτροπία
Authors: Παπαδόπουλος Νικόλαος 
Published: January 2014

Τα λεπτά υμένια κοβαλτίου αποτελούν μια ενδιαφέρουσα προοπτική αναφορικά με την εφαρμογή τους σε διατάξεις αισθητήρων, καθώς το κοβάλτιο εμφανίζει την υψηλότερη τιμή μαγνητικής ανισοτροπίας μεταξύ των στοιχείων μεταπτώσεως. Η μαγνητική δομή όμως, καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη μέθοδο παρασκευής. Η τεχνική MOCVD συνδυάζει μια σειρά από πλεονεκτικά στοιχεία, παρ’ όλα αυτά, αν και έχει σημειωθεί πρόοδος ως προς την ανάπτυξη και τη μοντελοποίηση συστημάτων MOCVD, οι ιδανικές απαιτήσεις δεν έχουν ακόμα ικανοποιηθεί. Παράλληλα, παρά τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας MOCVD, υφίστανται μόνο λίγες αναφορές απόθεσης κοβαλτίου. Αυτό οφείλεται κυρίως στον περιορισμένο αριθμό προδρόμων υλικών. Η παρούσα διατριβή επομένως, εστίασε στη σημασία του προδρόμου υλικού και της καταλληλότητας της διάταξης MOCVD. Μια καινοτόμος ένωση προτάθηκε, βασισμένη στο σύμπλοκο εγκλεισμού της β-κυκλοδεξτρίνης με ιωδιούχο κοβάλτιο για την απόθεση οξειδίου του κοβαλτίου. Η συμπλοκοποίηση επιτυγχάνεται με σύζευξη περισσοτέρων του ενός μητρικών μορίων μέσω πολυιωδικών αλυσίδων, οι οποίες σχηματίζονται κατά τη διάρκεια αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής φορτίου μεταξύ των διμερών. Η απόθεση κατέστη δυνατή, λόγω αφ’ ενός της χαμηλής πτητικότητας του συμπλόκου σε θερμοκρασίες μικρότερες της εξάχνωσης του ιωδίου και αφ’ ετέρου, λόγω της θερμικής διασπάσεως του γλυκοζιτικού δακτυλίου μετά τη διάρρηξη της πολυιωδικής αλυσίδας, ενώ το κοβάλτιο παρέμενε εντοπισμένο στα ξεχωριστά διμερή της κυκλοδεξτρίνης. Η αποδέσμευση του μεταλλικού κοβαλτίου κατέστη δυνατή σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες (> 400 ΟC). Παράλληλα, προτάθηκε η βέλτιστη σχεδίαση ενός συστήματος MOCVD, το οποίο αναπτύχθηκε στη Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π. Επίσης, περιγράφηκε ένα αναλυτικό μοντέλο προβλέψεως της ροής διαμέσου ομόκεντρων περιφερειακών δακτυλίων στην είσοδο του αντιδραστήρα, ώστε να προκύπτει ομοιόμορφη ροή των αντιδρώντων. Αποδείχτηκε, ότι ένα αέριο οδήγησης, το οποίο παρουσιάζει πολύ μικρή διαχυσιμότητα στα γειτονικά του, σταθεροποιεί δραματικά τη ροή. Υπέρλεπτα υμένια κοβαλτίου παρήχθησαν μέσω τροφοδοσίας αερολύματος, προκύπτον από την ελεγχόμενη θέρμανση διαλυμάτων οργανομεταλλικών ενώσεων σε κατάλληλους οργανικούς διαλύτες, εκτός του χώρου αντιδράσεως. Διαπιστώθηκε υπερ-επίπεδη απόθεση με επιφανειακή τραχύτητα μικρότερη των 2 nm. Ο έλεγχος της μαγνητικής ανισοτροπίας κατέστη δυνατός με την εφαρμογή εξωτερικού πεδίου, το οποίο επέβαλλε τον παραλληλισμό των μαγνητικών ροπών κάθετα στην επιφάνεια του υμενίου. Η ανισοτροπική μαγνητοαντίσταση μεταβλήθηκε ανυστερητικά σε ποσοστό άνω του 70%, υποδηλώνοντας συμπεριφορά GMR, συνεπώς τα παραχθέντα υμένια είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν σε διατάξεις μαγνητικών αισθητήρων. Τα υμένια οξειδίου του κοβαλτίου εμφάνισαν μικρή, εντός του επιπέδου μαγνήτιση, η οποία παρέμεινε σταθερή στο πεδίο θερμοκρασίας και συχνότητας. Το γεγονός αυτό υπέδειξε την πιθανή χρήση των συγκεκριμένων υμενίων ως υλικών μαγνητικής θωράκισης. Καθώς τα περισσότερα σύμπλοκα εγκλεισμού είναι ισόμορφες ενώσεις, είναι λογικό να αναμένεται ότι ο μηχανισμός διάσπασης ποικίλων συμπλόκων με διαφορετικά μέταλλα θα είναι αντίστοιχος του συμπλόκου κοβαλτίου. Ως εκ τούτου, τα σύμπλοκα εγκλεισμού των κυκλοδεξτρινών δύνανται να αποδειχτούν μια αποδοτική εναλλακτική των παραδοσιακών οργανικών ομάδων, ιδιαίτερα σε προηγμένες εφαρμογές MOCVD.