Vật lý màng mỏng -Chế tạo màng từ

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG TỪ... CẤU TẠO MÀNG TỪVật liệu sắt từ: Elements: Fe, Ni, Co, and their alloys Oxides: Ferrite, Ni-Zn Ferrite some ionic crystals: CrBr3 Lớp kim loại sắt từ Lớ

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG TỪ

CẤU TẠO MÀNG TỪ

Vật liệu sắt từ:

Elements: Fe, Ni, Co, and their alloys

Oxides: Ferrite, Ni-Zn Ferrite

some ionic crystals: CrBr3

Lớp kim loại sắt từ Lớp kim loại phi từ Lớp kim loại sắt từ Substrate

Moore‘s law

Substrate

M

Substrate M

VÁCH TỪ (Domain wall)

(Chữ thập)

Năng lượng từ (Magnetostatic Energy)

FMs

Năng lượng từ

fw: mật độ vách từ

fMs: mật độ năng lượng từ

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG TỪ

SPUTTERING

DC sputtering

RF sputtering magneton sputtering PPBB BẰNG XUNG LASER

PP EPITAXY CHÙM PHÂN TỬ (Molecular-beam-epitaxy)

Cơ chế:

+ ion hóa hạt trung hòa thanh ion+ Tăng tôc ion trong từ trường bắn phá bia, bức các nguyên tử trên bia lắng đọng trên đế

DC SPUTTERING

+ Khí thường dùng là Ar, He

+ Dùng hiệu điện thế 1 chiều

+ Áp suất khoảng 10-7 torr

+ Bia phải dẫn điện

+ Bia chỉ bị bắn phá ở một

của chu kỳ âm của HĐT

RF SPUTTERING

+ Dùng hiệu điện thế xoay chiều

+ Bia không cần phải dẫn điện

+ Dùng phối trở kháng để tăng công suất cũng như bảo vệ dòng điện

+ Bia bị bắn phá trong cả 2 chu kỳ dương và âm của HĐT

MAGNETON SPUTTERING

+ Dùng hiệu điện thế DC hoặc xoay chiều

+ Đặt từ trường dưới bia nhằm giam hãm electron và các ion giúp tăng va đập của Ar+ vào bia nhiều hơn

+ Bia bị bắn phá trong cả 2 chu kỳ dương và âm của HĐT

ƯU ĐIỂM:

+ Dễ tạo các màng đa lớp nhờ tạo nhiều bia khác nhau

+ Độ bám dính của màng lên đế cao (do động năng hạt lớn)

+ Độ mấp mô bề mặt thấp

+ Tính độ dày khá chính xác (tương đối hơn bốc bay)

+ Rẻ tiền, dễ thực hiện, khai triển đại trà

ƯU ĐIỂM:

+ Không thể tạo ra màng đơn tinh thể

+ không tạo được độ dày chính xác cao

+ Các chất có hiệu suất phún xạ khác nhau nên việc tổ hợp các bia tạo màng đa lớp cũng trở nên phức tạp

PPBB BẰNG XUNG LASER (pulsed-laser deposition)

+ Dùng chùm laser có xung cực

ngắn và công xuất lớn

ƯU ĐIỂM:

+ Vật liệu làm bia rất đa dạng, và chỉ cần kích thước nhỏ+ Chiếu xuyên qua các vật liệu trong suốt vào buồng chân không mà không bị giảm năng lượng

+ Ion hóa các bia có năng lượng ion hóa lớn

+ Tạo được màng siêu mỏng, siêu cứng, chất lượng cao+ Dùng nhiều bia để tạo màng đa lớp

NHƯỢC ĐIỂM:

+ Có thể xuất hiện các phân tử lớn

+ khó kiểm soát được chính xác độ dày

+ bề mặt màng trên đế gồ gề

PP EPITAXY CHÙM PHÂN TỬ (Molecular-beam-epitaxy)

+ Đặt trong môi trường có công suất rất cao 10-9 Torr

+ Tỉ lệ va chạm giữa các nguyên tử rất thấp, từng hạt sẽ đến và lắng đọng trên đế

+ người ta thường dùng kỹ thuật nhiễu xạ điện tử phản xạ năng lượng cao (RHEED) ( kiểm soát quá trình mọc màng thông qua phổ nhiễu xạ điện tử được ghi trực tiếp )

+ Tốc độ phát triển màng 1µm h/

Reflection High Energy X-ray Diffraction

(RHEED)

ƯU ĐIỂM:

+ Tốc độ mọc màng được khống chế chính xác đến từng lớp nguyên tử

+ Tạo màng đơn tinh thể trên một đế đơn tinh thể

+ Có thể tạo thành từng đảo nhỏ hay từng lớp nguyên tử, quan trong trong chế tạo bán dẫn

NHƯỢC ĐIỂM:

+ hệ MBE vận hành khá phức tạp và tốn kém 106 USD

Ảnh chụp thiết bị MBE tại William R Wiley Environmental Molecular Sciences

Atomic structure of graphene