Các phương pháp chế tạo màng từ

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) SPUTTERING 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 1 /m 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 Laboratory cho phép chế tạo các màng mỏng ôxit và gốm Atomic structure of graphene.