Радиационно-стимулированные и короноэлектретные изменения структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций (26.10.2009)

Автор: Костишин Владимир Григорьевич

? – численный коэффициент, зависящий от геометрии решетки;

W – Вероятность перескока электрона, r- длина прыжка, n – число пар, участвующих в электронном обмене, Т- температура можно найти зависимость его изменения (?а) от температуры.

В электрическом поле адсорбированных ионов энергия активации процесса перескока зависит от напряженности поля:

+?u (8)

где А и В – константы .

В результате реконструкции экспериментальных зависимостей плотности поверхностного заряда от длительности обработки пленок в коронном разряде были получены кинетические зависимости для величины ??. Принимая во внимание тот факт, что теоретические и экспериментальные зависимости находятся в удовлетворительном согласии лишь при небольших длительностях обработки можно констатировать, что существенное изменение коэрцитивной силы, коэффициента оптического поглощения связано не с электронным упорядочением, а с формированием электретного состояния. Полученные данные были использованы для стабилизации ячеистых структур в магнитооптических транспарантах, а также для повышения качества запоминающих устройств при термомагнитооптическом способе записи информации.

Глава 6 посвящена изложению и анализу ценных с практической точки зрения результатов работы и выполненных разработок.

В частности, показано, что интенсивное радиационное воздействие может быть эффективным инструментом для управления эксплуатационными параметрами феррогранатовых гетерокомпозиций и приборов на их основе. Приводятся экспериментальные данные, показывающие, что облучение объектов исследования большими дозами ?-квантов эффективно подавляет жесткие цилиндрические магнитные домены (ЖЦМД). Полное подавление ЖЦМД сопровождается увеличением оптического пропускания пленки на 10-15% и ростом температуры Нееля на 5-9 К. Магнитные параметры при этом изменяются несущественно. Оптимальный режим обработки ?-квантами, позволяющий в едином акте облучения достичь полного подавления ЖЦМД, повышения оптической прозрачности и термостабильности ЭМПФГ, реализуется при выполнении следующих условий (патент РФ № 2073934): а). облучение ?-квантами до дозы Dп = 8?107 Гр проводят непрерывно; б). по достижении Dп = 8?107 Гр пленки облучают порциями доз величиной в (1,5-2,5)?107 Гр с проведением контрольных измерений до полного подавления ЖЦМД; в). облучение проводят при мощности дозы PD = (5-25) Гр/с.

Приводятся результаты, показывающие, что путем воздействия интенсивных потоков быстрых электронов и отжигом в атмосфере кислорода можно достичь снижения разброса пороговых полей переключения ячеек МОУТ и повышения быстродействия самого транспаранта. Для достижения требуемого эффекта транспаранты облучают быстрыми электронами энергии Ee =4-7 МэВ при плотности потока ?e =(2-6)?1012 см-2?с-1 до флюенса Фe=(1-5)?1016 см-2 (причем облучение проводят по всей поверхности транспаранта и с его нерабочей стороны), а после

этого отжигают в атмосфере кислорода при температуре 150-300 ?C в течение 1-2 часов (патент РФ № 2150768). Предложенный способ обработки МОУТ позволяет понизить разборс порогового поля переключения ячеек на 23-26%, а время переключения транспаранта – 19-24%.

В основе способа подавления ЖЦМД и способа улучшения характеристик МОУТ лежат одни и те же эффекты. При интенсивном радиационном воздействии происходит существенный нагрев образцов. При этом начинают работать уже два фактора (радиация и температура), которые стимулируют диффузию ионов Ga3+ из подложки в тонкий слой магнитной пленки, прилегающий к переходному слою «пленка-подложка». Галлий, замещая железо в тетраэдрических позициях, снижает намагниченность в тонком слое. Образуется двухслойная пленка со 180?-й доменной границей. При этом домены в основном слое магнитной пленки каждого ЦМД (каждой ячейки МОУТ) уже содержат по две вертикальных блоховских линии, что существенно снижает энергию доменной границы и, как результат, выражается в уменьшении разброса полей коллапса ЦМД (полей переключения МОУТ).

Детальное изучение особенностей оптического поглощения в РЗГГ и монокристаллических ферритах-гранатах позволило разработать оптические неразрушающие методы экспресс-контроля качества настоящих материалов. Так, было обнаружено, что кристаллы галлиевых гранатов, содержащие в спектрах пропускания полосу дополнительного поглощения (ДП) в области 35500-25000 см-1 с максимумом при ?max=29000 см-1, при воздействии ионизирующих излучений приобретают желтовато-коричневую окраску, что ограничивает их применение в качестве пластин-подложек для наращивания Bi-содержащих ЭМПФГ, предназначенных для работы в условиях радиационных воздействий. Такое ограничение обусловлено снижением магнитооптической добротности устройства по причине дополнительного оптического поглощения подложкой. Предложенный «способ оптического контроля качества кристаллов со структурой граната» (патент РФ №2093922) позволяет произвести экспресс-отбраковку пластин-подложек для наращивания ЭМПФГ, применяемых в производстве приборов оптоэлектроники, работающих в условиях радиационных воздействий.

Неразрушающую экспресс-отбраковку монокристаллов и эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов можно проводить путем регистрации их спектров отражения в области 0,45-0,65 мкм. О непригодности данных материалов для производства приборов СВЧ-электроники и магнитооптики, требующих узкой ширины линии ФМР и минимального оптического поглощения, судят по наличию пика дополнительного поглощения с ?max=0,555 мкм (патент РФ № 2157576). Идея настоящего технического решения состоит в том, что наличие указанного пика в спектре отражения монокристаллического феррита-граната говорит о реализации механизма автокомпенсации ионов Pb, что всегда приводит к существенному уширению линии ФМР и интенсивному росту оптического поглощения. По интенсивности указанного пика отражения можно также вести оценку концентрации ионов свинца в монокристаллических ферритах-гранатах.

Понимание физической природы окраски, индуцируемой в кристаллах галлиевых гранатов кислородными вакансиями, позволило разработать «способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов» (патент РФ № 2081949). Сущность способа состоит в том, что производится отжиг вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов в специально сконструированных изделиях из корунда в атмосфере инертного газа при температуре 1400-1600 0С в течение 2-6 часов. Эффект «игры цвета», интенсивность окраски достигаются выбором внутренней формы корундового изделия, способом размещения окрашиваемого камня в последнем и регулировкой толщины окрашиваемого слоя.

Понимание (благодаря полученным в настоящей работе результатам исследований) природы высококоэрцитивного состояния в феррогранатовых гетерокомпозициях позволило разработать несколько уникальных технических решений, весьма полезных для магнитооптической записи информации.

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ДИСК ДЛЯ ЗАПИСИ, ХРАНЕНИЯ И ВОСПРО-ИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ. Рабочая сре-да (магнитооптический слой) диска представляет собой поликристаллическую феррит-гранатовую пленку состава Y3-xBixFe5-yGayO12 (где x = 1,5 – 2,5; y = 0 – 1,5), причем рабочая среда, верхний и нижний диэлектрические слои находятся в электретном состоянии.

Способ получения магнитооптического диска указанной конструкции состоит в том, что диск с напыленными на стеклянную подложку со сформированными спиральнами канавками зеркальным слоем, нижним диэлектрическим слоем SiO2 толщины h = ?/4, где ? – длина волны света, магнитооптическим слоем состава

Y3-xBixFe5-yGayO12 (где x = 1,5 – 2,5; y = 0 – 1,5) и верхним диэлектрическим слоем SiO2 толщины h = ?/2, где ? – длина волны света, обрабатывают в течение 5 – 15 часов в отрицательном коронном разряде при температуре 100 –300? С и токе короны Iк = 50 – 350 мкА.

Магнитооптический диск предложенной конструкции и способ его получения повышают: - на 40 % - выход годных; - на 25 % - стабильность эксплуатацион-ных параметров дисков при работе в жестких условиях эксплуатации (при высокой влажности и температуре); - на 10 % вероятность сохранения информации в процессе записи. На рис. 15 представлена схема установки для обработки МО-диска в отрицательном коронном разряде.

Рис. 15. Схема установки для обработки МО-диска в отрицательном коронном разряде.

Устройство для обработки включает в себя: 1 – высоковольтный выпрямитель; 2 – коронирующий электрод; 3 – вращающуюся пластину-электрод; 4 – штатив; 5 – магнитооптический диск; 6 – высоковольтные соединительные провода; 7 – микроамперметр; 8 –киловольтметр; 9 – бокс для контроля условий обработки.

ТЕРМОМАГНИТООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. Целью настоящего технического реше-ния является:

1). Расширение функциональных возможностей способа путём его реализации в магнитооптических диэлектрических средах с одноосной анизотропией и низкой коэрцитивной силой.

2). Увеличение вероятности записи информации в точке компенсации.

3). Повышение надежности хранения информации.

Указанная цель достигается тем, что носитель информации обрабатывают при нормальных атмосферных условиях в отрицательном коронном разряде в течение 2 – 15 часов при токе короны 50 – 500 мкА.

На рис. 16 представлена блок-схема устройства для реализации термомагнито-оптического способа записи информации. Устройство включает в себя:

1 – магнитооптический материал (диск), в котором необходимо произвети запись информации; 2- соленоид внешнего магнитного поля; 3-фокусирующий объектив;

4- зеркало; 5 – соленоид привода; 6 – оптический расщепитель; 7- поляризатор;

8 – линзу; 9- дифракционную решетку; 10- полупроводниковый лазер;

11- волновую пластинку; 12- поляризационный расщепитель; 13- цилиндрическую линзу; 14- фотоприемник; 15- высоковольтный выпрямитель; 16- пластину-электрод, являющуюся одновременно дисководом; 17- резиновый слой, покры-вающий пластину-электрод; 18- коронирующий электрод.

Рис. 16. Блок-схема устройства для реализации термомагнитооптического

способа записи информации.

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. Целью настоящего технического решения являлось создание на базе Bi-содержащей феррогранатовой гетерокомпо-зиции термомагнитооптического материала с высоким значением коэрцитивной силы Hc, а также повышение контраста записи.

В качестве такого материала предлагается эпитаксиальная плёнка

(YBi)3(FeGa)5O12 : Ca 2+ (N Ca 2+ = 0, 1 – 0, 4 форм. ед.), выращенная на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решётки (например: (GdCa)3(GaMgZr)5O12, Ca3(NbLi)2Ga3O12, Ca3(NbMg)2Ga3O12, Ca3(NbGa)5O12).

Предложенный материал имеет коэрцитивную силу ~ (2,5 – 15,0) Э и позволяет получать методом термомагнитной записи высококонтрастные изображения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основе комплексных исследований процессов дефектообразования и их влияния на важнейшие свойства феррит-гранатовых пленок и кристаллов галлиевых гранатов в работе решена поставленная проблема, касающаяся установления механизмов, определяющих специфику изменения магнитных, оптических и электрофизических свойств феррогранатовых гетерокомпозиций при воздействии ? – квантов, быстрых электронов и отрицательного коронного разряда. В рамках решения этой проблемы в работе получены следующие важные научные и прикладные результаты.

Разработаны и защищены патентами и авторскими свидетельствами способы модификации и изменения физических свойств феррит-гранатовых пленок и кристаллов галлиевых гранатов, предназначенных для запоминающих устройств, функциональных устройств на МСВ, новых носителей информации, а также для подложек, лазерной техники и ювелирной промышленности.


загрузка...