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RTP快速退火爐的晶化在鐵石榴石薄膜各向異性調控中的應用
- 分類： 行業知識
- 作者：周酉林
- 來源：武漢嘉儀通科技有限公司
- 發布時間：2024-04-10
- 訪問量： 311
【概要描述】稀土石榴石（Rare earth iron garnets ，REIGs）是一種富含稀土元素的礦物，···
RTP快速退火爐的晶化在鐵石榴石薄膜各向異性調控中的應用
【概要描述】稀土石榴石（Rare earth iron garnets ，REIGs）是一種富含稀土元素的礦物，···
- 分類： 行業知識
- 作者：周酉林
- 來源：武漢嘉儀通科技有限公司
- 發布時間：2024-04-10
- 訪問量： 311
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稀土石榴石（Rare earth iron garnets ，REIGs）是一種富含稀土元素的礦物，因其獨特的物理和化學特性，在自旋電子和磁電子等領域展現出巨大的應用潛力。其快速自旋波動力學、高疇壁速度以及低至中等的阻尼特性使其在微波器件和高頻通訊等領域表現出卓越的性能[1]。同時，稀土石榴石還具備良好的磁學性能，使其成為數據存儲和磁傳感器的理想選擇，在電子、通訊、激光和數據存儲等領域。然而，在壓電襯底上生長的稀土鐵石榴石薄膜上，電壓誘導的各向異性調制尚未得到證明。
目前，Miela J. Gross[2]利用磁控濺射技術在Si（001）或PMN-PT（011）襯底上制備了5nm SiO2涂層。隨后，通過脈沖激光沉積（PLD）技術，成功共沉積了化學DyIG和YIG靶材，制備出42nm厚的YDyIG薄膜。并在750℃的O2氛圍下進行了5分鐘的快速熱處理（RTP），以促進薄膜的結晶化，從而提高其石榴石結構的有序性和性能。
圖1 YDyIG薄膜在SiO2/PMN-PT襯底上的生長情況
圖1展示了YDyIG薄膜在SiO2/PMN-PT襯底上的生長情況。42 nm厚的YDyIG/Si薄膜結晶為單相的、無二次相的石榴石。然而，直接在PMN-PT襯底上生長和退火的薄膜產生了原鐵氧體薄膜（Y，Dy）FeO3特征的峰，圖1(a).正鐵氧體的形成是由于鈣鈦礦結構的PMN-PT上的外延生長。作為比較，從YIG靶生長的薄膜，在鈦酸鍶基底上同樣形成釔原鐵氧體[3]。因此，需要一個屏障層來防止外延生長，而這是由5 nm的非晶態二氧化硅提供的。42 nm YDyIG/5 nm SiO2/PMN-PT結晶后的聚合入射x射線衍射（GIXD），圖1(a)顯示了單相多晶石榴石峰，證實了二氧化硅屏障的有效性。
圖2 YDyIG薄膜的晶粒結構和表面形貌況
圖2揭示了YDyIG薄膜的晶粒結構和表面形貌。從圖中可以看出，每個晶粒呈現出放射狀的線狀特征。這些特征是由于低角度晶界在晶化前沿不穩定時形成的。此外，研究還發現，YDyIG薄膜在兩種基底上均由約5微米直徑的晶粒組成。這是在快速熱處理中穩定生長的結果。
圖3 YDyIG/SiO2/PMN-PT在不同電壓下磁滯回線的變化情況
圖3展示了YDyIG/SiO2/PMN-PT在不同電壓下磁滯回線的變化情況。當在[D11]方向施加OP電壓后，磁滯回線發生了明顯的變化。這種變化是由于OP電壓對YDyIG薄膜的磁各向異性產生了調制作用。具體來說，施加OP電壓后，YDyIG薄膜中的兩個具有IP和OP分量的磁疇被選擇出來。在去除電壓后，這些磁疇的數量增加或成為主導磁疇。這種變化導致了薄膜的磁各向異性發生變化，從而影響了磁滯回線的形狀。這一發現為稀土石榴石在磁電子領域的應用提供了新的思路和方向。
稀土鐵石榴石具有的明顯的磁各向異性也源于RTP快速退火爐的良好表現，RTP系列產品是武漢嘉儀通科技有限公司的核心產品，在薄膜材料制備及熱處理方面展現出諸多優勢，形成鮮明的行業競爭力，為高質量薄膜材料提供了快速升降溫、高穩定性的、高均勻性的高溫場和氣氛保護或反應氣體，具體表現在：
√ 快速升溫的高溫場能夠促進激活材料，以促進薄膜的結晶化，提高其薄膜的有序性和性能。
√ 高溫條件下的穩定保溫有助于薄膜晶種持續穩定的生長，獲得均勻性高的晶體尺寸；
√ 反應氣氛填充有助于薄膜缺陷的消除，及時對晶體結構的填充，形成致密的結晶相。
此外，嘉儀通快速退火爐（RTP，Rapid Thermal Processing）產品，采用紅外輻射加熱及冷壁技術，可實現對薄膜材料的快速升溫和降溫，同時搭配超高精度的溫度控制系統，可達到極佳的溫場均勻性和穩定性。
嘉儀通(JouleYacht)快速退火爐系列可處理1-12吋樣品，對材料的金屬合金化、快速熱處理、快速熱退火、快速熱氧化及快速熱氮化等研究和生產起到重要作用。
參考文獻：
[1] Azam M A, Bhattacharya D, Querlioz D, et al. Voltage control of domain walls in magnetic nanowires for energy-efficient neuromorphic devices[J]. Nanotechnology, 2020, 31(14): 145201.
[2] Gross M J, Misba W A, Hayashi K, et al. Voltage modulated magnetic anisotropy of rare earth iron garnet thin films on a piezoelectric substrate[J]. Applied Physics Letters, 2022, 121(25).
[3] Ning S, Kumar A, Klyukin K, et al. An antisite defect mechanism for room temperature ferroelectricity in orthoferrites[J]. Nature Communications, 2021, 12(1): 4298.
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