Аналіз структурно-фазового стану гранульованої системи Ag/Co

Електрофізичні властивості гранульованих плівкових сплавів в умовах дії магнітного поля. Дослідження електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co, фазового складу та кристалічної структури. Контроль товщини отриманих зразків.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Зміст

Вступ

Розділ 1. Електрофізичні властивості гранульованих плівкових сплавів в умовах дії магнітного поля

1.1 Термічний коефіцієнт опору: теоретичні моделі, експериментальні результати (літературний огляд)

1.1.1 Температурна залежність опору плівкових матеріалів

1.1.2 Огляд експериментальних досліджень електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co

1.2 Методика і техніка експерименту

1.2.1 Обладнання для отримання гранульованого плівкового сплаву на основі системи Ag і Co

1.2.2 Методика контролю товщини отриманих зразків

1.2.3 Методика отримання гранульованих плівкових сплавів

1.2.4 Методика дослідження фазового складу та кристалічної структури

1.3 Експериментальні результати дослідження гранульованої системи Ag/Co в умовах дії магнітного поля

1.4 Розрахунок та аналіз структурно-фазового стану гранульованої системи Ag/Co

Розділ 2. Охорона праці

2.1 Аналіз небезпечних та шкідливих факторів при роботі в лабораторії

2.2 Розрахунок освітлення лабораторії

2.3 Організація дозиметричного контролю на об'єктах господарської діяльності

Висновки

Список використаних джерел

Вступ

Дослідження електрофізичних процесів, що відбуваються у зразках малих розмірів (тонкі плівки, малі частинки), викликають в останні десятиліття значний науковий і практичний інтерес. Це пов'язано з більш широким застосуванням цих об'єктів в багатьох галузях сучасної електроніки, оптиці, НВЧ-техніці, космічній та атомній промисловості як матеріалу для створення захисних покриттів, чутливих елементів сенсорів, діодних і транзисторних структур, спін-вентилів та тензодатчиків.

На даний момент цікавими, але не досить дослідженими є електрофізичні властивості гранульованих сплавів. Гранульовані сплави вперше спостерігали у 1992 р. Берковіц та ін. при дослідженні явища ГМО. Особливий інтерес викликає дослідження зміни температурного коефіцієнта опору в магнітному полі з точки зору практичного застосування ГМО - матеріалів як елементів багатофункціональних сенсорів.

Об'єктом досліджень є процес формування гранульованих плівкових сплавів на основі Ag і Co. Предметом досліджень є електрофізичні властивості(питомий опір і термічний коефіцієнт опору) гранульованих плівкових сплавів на основі Ag і Co, отриманих методом пошарової конденсації і термовідпалювання. Метою роботи є дослідження температурної залежності опору і термічного коефіцієнту опору плівок на основі гранульованого сплаву Ag-Co; встановлення кореляції між структурно-фазовим станом і електрофізичними властивостями та вивчення впливу зовнішнього магнітного поля на електрофізичні властивості. Поставлені наступні завдання: дослідити ТКО в гранульованих сплавах Ag і Co, виявити основні закономірності впливу магнітного поля на зміну ТКО.

Розділ 1. Електрофізичні властивості гранульованих плівковіх сплавів в умовах дії магнітного поля

1.1 Термічний коефіцієнт опору: теоретичні моделі, експериментальні результати (літературний огляд)

1.1.1 Температурна залежність опору плівкових матеріалів

На електрофізичні властивості плівкових матеріалів впливають: товщина плівки, розмір кристалітів, температура підкладки, взаємна дифузія атомів, макронапруження.

Для характеристики температурної залежності опору плівок чи масивних зразків вводиться поняття термічного коефіцієнта опору (ТКО) в:

або , (1.1)

де R_п, с_п - початкове значення опору та питомого опору, а величини в_R та в_с практично не відрізняються. У зв'язку з тим, що R_п і с_п знаходяться у знаменнику, то величина ТКО у плівках значно менша порівняно з масивними зразками. Слід також мати на увазі, що в чистих металевих масивних чи в плівкових зразках ТКО завжди більше нуля. Але при одержанні плівки в поганих вакуумних умовах, з малою швидкістю конденсації або коли плівка не суцільна її ТКО може виявитися від'ємним. [1].

Для двошарових плівок визначення ТКО стає більш принциповішим, аніж для одношарових, оскільки вимірювання товщин та призведе до ще більшої похибки, тож теоретичний розрахунок питомого опору за правилом паралельного з'єднання призводить до похибки через те, що це правило не зовсім задовольняє випадку двошарової плівки. В теоретичній моделі Р. Дімміха розглядається залежність ТКО від товщин та . При цьому відхилення від правила паралельного з'єднання не стає принциповим, оскільки ТКО - це відносна величина, тобто . У найбільш загальному вигляді співвідношення Р. Дімміха для ТКО двошарової плівки має вигляд:

(1.2)

При відносно великих товщина [2] співвідношення (1.2) спрощується до вигляду:

(1.3)

У 1992 р. Берковіц та ін. вперше спостерігали ГМО в так званих гранульованих сплавах, що викликало нову хвилю зацікавленості цим явищем. Гранульовані сплави зазвичай отримують шляхом одночасного осадження на підкладку двох металевих компонент, які мають обмежену змішуваність в масивних зразках, одна із яких магнітна, а інша - немагнітна (рис. 1.1). В результаті цього при певному підборі концентрацій утворюються магнітні частинки (гранули) в немагнітній матриці, розміри яких від декількох ангстрем до декількох нанометрів.

Як і в плівкових мультишарах, у гранульованих сплавах опір сильно залежить від магнітного стану гранул. Він мінімальний при паралельній орієнтації магнітних моментів (насичення). У міру того, як буде відбуватися розорієнтація магнітних моментів, опір буде збільшуватися, досягаючи свого максимального значення R(H_max). Результати досліджень, наведені у роботі [4] вказують на те, що гранульований стан плівок (Co,Ag) певним чином впливає на їх електрофізичні властивості(питомий опір с і термічний коефіцієнт опору(ТКО, в).

Рис. 1.1. Схематичне зображення еволюції форми і розмірів магнітних включень CoFe в немагнітній матриці Ag. Температура відпалювання, К: а - 77; б - 500; в - 700; г - 900. Із роботи [3]

Одним із варіантів врахування впливу структурно-фазового стану на електрофізичні властивості плівкових систем гранульованих сплавів може слугувати порівняння експериментальних величин із розрахунковими, отриманими після проведених досліджень. Подібна спроба врахування такого впливу на величину термічного коефіцієнту опору (ТКО) здійснена і розрахована авторами у роботі [5], де запропонована феноменологічна модель електрофізичних властивостей гранульованих плівкових сплавів.

В основі такої моделі електрофізичних властивостей, які запропонували автори [5,6], лежать наступні положення:

- плівковий зразок моделюється у вигляді шаруватої структури;

- окремий шар (рис. 1.2 а) моделюється у вигляді паралельного з'єднання трубок струму, кожна з яких складається із послідовного з'єднання фрагментів твердого розчину і гранул із середнім радіусом r₀ (рис. 1.2 б).;

- розрахунок опору гранули (R_г) сферичної форми проводиться шляхом інтегрування елементу опору по об'єму гранули.

При цьому зразок представляє з себе з?єднання окремих шарів, в яких трубки струму моделюються, як паралельне з?єднання бокових і центрального стержня.

Рис. 1.2. Схематичне зображення окремого шару (а), трубки струму (1), її поперечного перерізу (б) із чотирма боковими (2) та центральним (3) стержнями. І - сила струму. Із роботи [5]

Співвідношення для розрахунку , отримане авторами [5,6], має наступний вигляд:

, (1.4)

де ступінь ґранулярності зразка (- середня величина фрагменту т.р. в трубці струму); _г і _тр - питомий опір гранул і фрагментів т.р.; _г і _тр - ТКО гранул Со і фрагментів т. р. відповідно.

Співвідношення (1.4) можна спростити до трьох граничних випадків:

при ; (1.5)

,; (1.6)

, (1.7)

Величина ТКО має 3 випадки: для біпластини, для гомогенної системи та для гранульованих сплавів, які зазначені вище[6].

1.1.2 Огляд експериментальних досліджень електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co

Унікальні електрофізичні властивості плівкових зразків постійно знаходяться в полі зору дослідників. Так, цій проблемі присвячена велика кількість робіт.

Електрофізичні властивості тонких плівок можуть значно відрізнятися від властивостей масивних зразків. Це пов'язано, по-перше, з їх кристалічною будовою, яка суттєво залежить від температури підкладки при конденсації, ступеню вакууму, властивостей матеріалу, який випаровується; по-друге, з товщиною плівки незалежно від методу її одержання. Крім цього, електричні властивості дуже чутливі до зміни температури, концентрації дефектів та деформації (стискання або розтягу).

У випадку системи на основі Ag і Со має місце обмежена взаємна розчинність з утворенням т.р. (Ag, Со) з ГЦК-граткою і параметрами близькими до а₀(Ag). У результаті цього надлишкові атоми Со утворюють гранулі в матриці твердого розчину (т.р.), що підтверджується електронно-мікроскопічними д...