WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Радиационно-стимулированные и короноэлектретные изменения структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций

На правах рукописи










КОСТИШИН ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ






РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННЫЕ И КОРОНОЭЛЕКТРЕТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ФЕРРОГРАНАТОВЫХ ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ

Специальность 01.04.10 – «Физика полупроводников и диэлектриков»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре технологии материалов электроники ФГОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор

Летюк Леонид Михайлович

доктор технических наук, профессор

Шипко Михаил Николаевич



Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Бублик Владимир Тимофеевич

(МИСиС, г. Москва)

доктор физико-математических наук,

профессор Рыков Владимир Александрович

(ФЭИ, г. Обнинск)

доктор физико-математических наук,

профессор Степович Михаил Адольфович

(КалуГПУ, г. Калуга)

Ведущая организация: Московский энергетический институт

(технический университет), г. Москва

Защита состоится «24» декабря 2009 г. в 15-00 часов на заседании диссертацион- ного Совета Д 212.132.06 в ФГОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ­СКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» по адресу: 119049,

г. Москва, Крымский вал, д. 3, ауд. 421.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МИСиС

Автореферат разослан « » декабря 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета доктор физико-математических

наук, профессор В.В. Гераськин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эпитаксиальные монокристаллические пленки фер­ритов-гранатов (ЭМПФГ; феррогранатовые гетерокомпозиции) в настоящее время принадлежат к наиболее популярным материалам современной магнитной микро­электроники, физики магнитных материалов и физики диэлектриков и применяются для производства микроэлектронных устройств прикладной магнитооптики и СВЧ-техники. Обладая высокой изоморфной емкостью, данные материалы сочетают в себе целый комплекс интересных магнитных, оптических и электрофизических свойств и, таким образом, являются уникальнейшими объектами научных исследо­ваний. На сегодняшний день научный интерес к данным объектам усиливается в связи с интенсивным развитием магнитной наноэлектроники, так как во многих случаях магнитные наночастицы представляют собой наночастицы ферритов или наночастицы оксидов железа. Переход от микро к наноматериалам сопровождается открытием качественно новых квантовых свойств материалов и реализацией в них принципиально новых физических эффектов, понимание которых во многих случаях – невозможно без полных знаний свойств данных материалов в микро- и макроис-

полнении.

Активизации дальнейшей исследовательской деятельности в области физики данных материалов способствует, прежде всего, тот факт, что стремление к сниже­нию геометрических размеров магнитных носителей информации вступило в про­тиворечие с теорией магнитной стабильности частиц (тонких пленок). На сего­дняшний день установлены закономерно­сти изменения физических свойств тонко­пленочных материалов, которые лимити­руются так называемыми эффектами конеч­ного размера: влиянием открытой по­верхности как структурного дефекта, наличием межфазных границ «пленка-под­ложка» и др.

Влияние указанных факторов на магнитные свойства тонких ЭМПФГ усугубля­ется наличием большого разнообразия возможных типов точечных дефек­тов ввиду сложного химического состава и структуры этих материалов. Отклонение от стехиометрии при неизо­валентном замещении, часто используемом для получе­ния феррит-гранатовых гете­рокомпозиций с необходимыми магнитными парамет­рами, приводит к количествен­ным и качественным изменениям набора присутст­вующих точечных дефектов. Дан­ные факторы формируют в материале метаста­бильные состояния, разрушающиеся в процессе эксплуатации устройств на его ос­нове или при различных физических воз­действиях. Следует отметить, что сущест­вуют довольно привлекательные возмож­ности использования таких состояний в ЭМПФГ для управления их оптическими, электрическими и магнитными свойст­вами с помощью низкоэнергетических (на­пример, униполярный коронный разряд) и радиационных воздействий. Однако, на­дежные сведения об особенностях влияния радиационных воздействий на энергети­ческое состояние и концентрацию различ­ных дефектов в эпитаксиальных ферритах-гранатах практически отсутствуют. Воз­можность изменения эксплуатационных ха­рактеристик тонких магнитных диэлек­тричеких пленок, в частности ЭМПФГ, путем их электретирования в униполярном коронном разряде до работ автора не высказы­валась даже гипотетически.



Несомненно, что использование радиационных воздействий и воздействия уни­полярного коронного разряда для повышения уровня и стабильности свойств ЭМПФГ, предопределяет необходимость выяснения природы влияния этих воздей­ствий на кристаллохимическую структуру, энергетическое состояние дефектов и физические свойства указанных объектов исследования различных составов. Од­нако, понимание механизмов радиационно-стимулированных и короноэлектретных изменений структуры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций – невозможно без знаний структуры и свойств основных видов генетических дефектов данных ма­териалов. Несмотря на наличие на сегодняшний день в мировой научной литературе огромного количества публикаций по изучению дефектов в эпитаксиальных ферри­тах-гранатах, понимание и теоретические трактовки механизмов связи свойств не­стехиометрических диэлектрических оксидных магнетиков с их дефектностью, ва­лентным состоянием ионов еще весьма далеки от совершенства. Наименее изучен­ными остаются дефекты анионной подрешетки (кислородные вакансии, их ком­плексы, дырочные центры внешних электронных оболочек анионной подсистемы). Указанными обстоятельствами, в некоторой мере, объясняются значительные труд­ности в получении феррит-гранатовых пленок с уровнем свойств, приближающихся к потенциально возможным, или значительно улучшенными. Следует отметить, что облучение не только приводит к созданию новых дефектов, но и может служить ин­струментом, позволяющим выявлять генетические дефекты, а в ряде случаев и «за­лечивать» их. Кроме того, изучение радиационно-стимулированных изменений на­прямую связано с вопросами дозиметрии излучений и записи информации. И, нако­нец, исследования по влиянию радиации на физические свойства и структуру мате­риалов могут дать информацию, необходимую для надежности устройств, рабо­тающих в условиях радиационных воздействий.

Поскольку ЭМПФГ являются магнитными диэлектриками (так, у Y3Fe5O12 удельное сопротивление = 1012 – 1014 Омсм; ширина запрещенной зоны Eg ~ 2,5 эВ), их обработка в униполярном коронном разряде приведет к формированию в пленке электретного состояния. Путем изменения поверхностного заряда такой тон­кой магнитной пленки в электретном состоянии можно эффективно управлять ее магнитными характеристиками. Таким образом, подобные исследования позволят сформировать предпосылки для создания целого класса приборов микро- и нано­электроники, основанных на управлении магнитными характеристиками рабочего слоя путем изменения его электретного состояния.

Цель и основные задачи работы.

Целью настоящей работы являлось комплексное изучение изменений струк­туры и свойств феррогранатовых гетерокомпозиций разных составов под воздейст­вием -квантов Co60 (E = 1,25 МэВ), быстрых электронов (Ee = 6 МэВ) и отрица­тельного коронного разряда (ОКР), разработка физических основ модификации экс­плуатационных параметров устройств на основе ЭМПФГ. Для достижения указан­ной цели, с учетом проведенного анализа состояния настоящих проблем, в работе решались следующие основные задачи:

- изучение влияния типа раствора-расплава и параметров роста на формирование ге-нетических дефектов в ЭМПФГ различных составов;

- комплексное изучение структуры и свойств генетических дефектов, определяю­щих основные механизмы радиационностимулированных изменений феррогранато­вых гетерокомпозиций и кристаллов галлиевых гранатов;

- установление структуры радиационных дефектов и механизмов радиационного дефектообразования, индуцируемых в феррогранатовых гетерокомпозициях и кри­сталлах галлиевых гранатов воздействием -квантов Со60 (E = 1,25 МэВ) и быстрых электронов (Ee = 6 МэВ);

- изучение в феррогранатовых гетерокомпозициях природы короноэлектретного сос-тояния и наводимых этим состоянием изменений основных физических свойств и эксплуатационных параметров;

- установление механизмов зарядовой компенсации сверхстехиометрических и «па-разитных» (попадающих в пленку из растора-расплава) ионов Ca2+ в ЭМПФГ;

- установление механизмов зарядовой компенсации «паразитных» ионов Pb в ЭМПФГ;

- разработка и обоснование методологии регистрации спектров термостимулирован-ных токов проводимости (ТСТП), соответствующих глубоким уровням захвата ки­слородных вакансий в ЭМПФГ;

- разработка метода обработки спектров ТСТП, значительно повышающего досто-верность расчета параметров электрически активных центров за счет использования при анализе всех экспериментальных точек температурной зависимости тока;

- разработка методологии формирования в феррогранатовых гетерокомпозициях с помощью низкоэнергетического воздействия ОКР электретного состояния;

- разработка устройств униполярного коронного разряда с высокими значениями плотности тока короны, позволяющих эффективно получать электретное состояние

в тонких магнитных диэлектрических слоях;

- разработка методов контроля дефектности и примесного состава ЭМПФГ и редко­земельных галлиевых гранатов (РЗГГ).

Постановка настоящего исследования связана с разработкой и внедрением в народное хозяйство новых технологий – радиационный, электронно-лучевой, в том числе и нанотехнологий. Такие разработки предусмотрены «Основными направле­ниями экономического развития РФ до 2020 года», а также планами НИР по межву­зовским программам:

- научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники: подпрограмма 202 «Новые технологии»;

- инновационная деятельность высшей школы: подпрограмма 202.02 «Инно-вационные научно-технические проекты по приоритетным направлениям науки и техники;

- фундаментальные исследования в области технологических наук: раздел «Ме­таллургия».

Научная новизна.

Впервые на основе комплексных исследований установлены закономерности изменения структурного состояния, магнитных, оптических и электрофизических свойств феррогранатовых гетерокомпозиций и кристаллов РЗГГ под воздействием -квантов Со60 (E = 1,25 МэВ), быстрых электронов (Ee = 6 МэВ) и отрицательной ко­роны и определены пути использования этих закономерностей для контроля каче­ства и модификации свойств ЭМПФГ и РЗГГ и устройств на их основе. Конкретно новизна работы заключается в следующем:

1). Впервые экспериментально подтверждена роль кислородных вакансий в зарядо-вой компенсации в ЭМПФГ сверхстехиометрических и «паразитных» ионов Ca2+ ;

2). Впервые экспериментально показано, что вследствие неэквивалентности позиций ионов кислорода в решетке граната, однозарядные V (F+- центр) и нейтральные V(F - центр) кислородные вакансии создают в запрещенной зоне ЭМПФГ энергети­ческий спектр близкорасположенных глубоких уровней захвата, количество которых, по всей видимости, определяется катионным составом. Так, для ЭМПФГ

(YSmLuCa)3(FeGe5)O12 экспериментально определено 13 видов F+- центров и 9 ви-дов F – центров.

3). Впервые экспериментально доказано, что ответственными за повышенные значе-ния коэрцитивной силы и одноосной анизотропии в ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 являются кислородные вакансии V (F+- центр) и V(F - центр), компенсирую­щие сверхстехиометрические ионы Ca2+.

4). Впервые экспериментально показано, что изменения физических свойств и эксп-луатационных параметров феррогранатовых гетерокомпозиций под воздействием -квантов Со60 (E = 1,25 МэВ) и быстрых электронов (Ee = 6 МэВ) обусловлено фор­мированием дырочных центров O- и интенсивным ростом концентрации F+- центров.

5). Впервые в мессбауэровских спектрах ЭМПФГ Y3Fe5O12 обнаружено наличие цен-трального парамагнитного дублета (изомерный сдвиг = - 0,117 мм/с, квадруполь-ное расщепление = 0,573 мм/с), обусловленного ионами Fe3+(d), выключенными из обменного взаимодействия находящимися в октапозициях ионами Pb4+, Pt4+ и Y3+.

6). На примере феррогранатовых гетерокомпозиций заложены и развиты физические основы нового научного направления, - «свойства магнитных диэлектрических слоев и частиц в электретном состоянии», дающего предпосылки создания целого класса приборов микро- и наноэлектроники, основанных на управлении магнит-ными характеристиками слоя (частицы) путем изменения его электретного состоя­ния.

На основе комплексных исследований впервые показана возможность форми-рования и длительного существования в эпитаксиальных феррогранатовых гетеро-композициях различных составов короноэлектретного состояния, отличающегося аномально высокими для данных материалов значениями коэрцитивной силы и по­вышенными значениями поля магнитной анизотропии.

7). Впервые (на примере ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12) обнаружена асимметрия петли гистерезиса феррогранатовых гетерокомпозиций кристаллографической ори-ентации (210).

8). Установлена физическая природа гигантского роста коэрцитивной силы моно- и поликристаллических феррит-гранатовых пленок под влиянием отрицательного ко­ронного разряда. Определены оптимальтные параметры обработки ЭМПФГ в ОКР для получения стабильного короноэлектретного состояния.

9). Впервые экспериментально доказано, что в кристаллах галлиевых гранатов от­ветственной за желто-коричневую окраску является полоса дополнительного по­глощения с с max=24000 см-1, а не с max= 29000 см-1, как считалось ранее.

10). Предложены физическая и математическая модели влияния электрического поля, индуцированного в наноструктурных материалах (поликристаллических фер­рит-гранатовых пленках, наноразмерных частицах магнетита) инжектированными отри-цательной короной зарядами, на частоту электронного обмена между разнова-лентными ионами; определена роль такого обмена в изменении динамических свойств ферритов при их обработке в коронном разряде.



Практическая ценность полученных результатов.

Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение для прикладной магнитооптики, СВЧ-электроники, материаловедения ферритов, опти-ческой спектроскопии, радиационной физики твердого тела, физики диэлектриков, могут найти применение в ювелирной промышленности. Конкретно практическая ценность работы заключается в следующем:

1). Разработанное «Устройство для жидкофазной эпитаксии феррогранатовых пле-нок» позволяет получать ЭМПФГ различных составов с улучшенными эксплуата-ционными параметрами (а.с. СССР № 1655137).

2). Разработанный «Емкостный датчик для измерения толщины напыляемой пленки» (а.с. СССР № 1366872) позволяет эффективно измерять толщину напыля-емых на поверхность ЭМПФГ платиновых электродов для проведения электрофизи-ческих..исследований.
3). Разработанный «Способ бесконтактного измерения удельного электросопротив­ления полупроводниковых пленок» (А.С. СССР № 1642410) позволяет эффективно измерять удельное сопротивление ЭМПФГ не разрушая образцы.

4). Предложенные «способы обработки эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок» позволяют с помощью облучения -квантами Со60 (E = 1,25 МэВ) существенно по­низить оптическое поглощение, полностью подавить жесткие цилиндрические маг­нитные домены (ЦМД) и повысить термостабильность ЭМПФГ (а.с. СССР № 1658678, патент РФ № 2073934).

5). Разработанные способы оптического контроля ферритов-гранатов и РЗГГ позво-ляют вести экспресс-отбраковку пластин-подложек РЗГГ, непригодных для наращи-вания пленок, служащих активными средами магнитооптических приборов, работа-ющих в условиях радиационных воздействий (патент РФ № 2093922), экспресс-от­браковку монокристаллических ферритов-гранатов (объемных кристаллов и пле­нок), непригодных для производства приборов СВЧ-электроники и магнито-оптики, требующих узкой ширины линии ФМР и минимального оптического поглощения (патент РФ № 2157576).

6). Разработанные способы оптического контроля ферритов-гранатов позволяют оп­ределять концентрацию ионов Pb (патент РФ № 2206143) и ионов Tm (патент РФ № 2210835) в монокристаллических пленках и объемных кристаллах ферритов-грана­тов.

7). Предложенный «Способ обработки магнитооптических управляемых транспа-рантов (МОУТ) на основе эпитаксиальных пленок (Bi, Ga)-содержащих ферритов-гранатов» (патент РФ № 2150768) позволяет путем облучения МОУТ быстрыми электронами до флюенса Фе = (1-5)1016 см-2 (энергия Ee = (4-7) МэВ, плотность по­тока e = (2-6)1012 см-2c-1) с последующим отжигом в атмосфере кислорода пони­зить разброс порогового поля переключения ячеек на 23-26%, а время переключения на 19-24%.

8). Предложенный «Способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов» (патент РФ № 2081949) позволяет получать из отходов про­изводства окрашенные вставки для ювелирных изделий, а также вставки с игрой цвета.

9). Разработанные «Устройства для получения униполярного коронного разряда» (а.с. СССР № 1612917, патент РФ № 2050654) за счет использования магнетронного эффекта (а.с. СССР № 1612917) в зоне генерации заряженных частиц и выполнения зоны генерации заряженных частиц в виде адиабатической магнитной ловушки и многоострийного коронируюего электрода (патент РФ № 2050654) по своим экс­плуатационным характеристикам существенно превышают мировые аналоги, что позволяет эффективное формирование с их помощью в феррогранатовых гетеро-композициях короноэлектретного состояния.

10). Предложены основанный на короноэлектретном эффекте «термомагнитоопти-ческий способ записи информации и устройство для его реализации», позволяющие вести запись информации в магнитооптических диэлектрических средах с низкими значениями коэрцитивной силы, увеличивающие вероятность записи в точке ком­пенсации и повышающие надежность хранения информации (подана заявка на па­тент).

11). Разработаны «магнитооптический диск для записи, хранения и воспроизведения информации и способ его изготовления», позволяющие повысить: на 40% выход годных дисков, на 25% стабильность эксплуатационных параметров при работе в жестких условиях эксплуатации и на 10% вероятность сохранения информации в процессе записи (подана заявка на патент).

12). Разработан магнитооптический материал, имеющий высокую магнитооптичес-кую добротность и коэрцитивную силу 200-1200 А/м, позволяющий получать мето­дом термомагнитной записи высококонтрастные изображения (подана заявка на па­тент).

Научные положения, выносимые на защиту:

- комплекс результатов взаимосвязи магнитных, оптических и электрофизи-ческих свойств феррогранатовых гетерокомпозиций различных составов с примес-ным замещением и дефектностью в катионной и анионной подрешетках;

- установленные значения параметров однозарядных и нейтральных кислород-ных вакансий, создающих в запрещенной зоне магнитного граната глубокие уровни захвата;

- механизмы зарядовой компенсации сверхстехиометрических и паразитных ионов Ca2+ в пленках магнитных гранатов различных составов;

- механизмы радиационно-стимулированных изменений всего комплекса фи­зических свойств и эксплуатационных параметров феррогранатовых гетерокомпо­зиций под воздействием -квантов Со60 и быстрых электронов в зависимости от энергетических характеристик радиационных воздействий;

- физическая природа центрального парамагнитного дублета в мессбауэров­ских спектрах ЭМПФГ Y3Fe5O12 c повышенным содержанием ионов Pb;

- физическая природа и механизмы формирования короноэлектретного состоя-ния в феррогранатовых гетерокомпозициях;

- механизмы изменения физических свойств феррогранатовых гетерокомпози­ций при их короноэлектретировании и природа высококоэрцитивного состояния ЭМПФГ в электретном состоянии.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертации были доложены и обсуждены более чем на 30 международных и республиканских конференциях, симпозиумах и семинарах по данной тематике: Всесоюзной научной конференции «Состояние и перспективы развития микроэлектронной техники (г. Минск, 1985 г.), Школе-семи­наре «Проектирование и изготовление научной аппаратуры. Новые материалы и технология (г. Фрунзе, 1987 г.), XII-й Всесоюзной научной конференции по микро­электронике (г. Тбилиси, 1987 г.), XI-й, XII-й и XIII-й Всесоюзной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектоники» (г. Ташкент, 1988 г.; г. Новгород, 1990 г.; г. Астрахань, 1992 г.), XVIII-й Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (г. Калинин, 1988 г.), VI-м Всесоюзном совещании по термодинамике и техно­логии ферритов (г. Ивано-Франковск, 1988 г.), Республиканском научном семинаре «Физика магнитных явлений» (г. Донецк, 1990 г.), Всесоюзной конференции «Совре­менные проблемы физики и ее приложений» (г. Москва, 1990 г.),

I-й Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технологии композиционных материалов и радиокомпонентов в микроэлектронных информацион­ных системах» (г. Ялта, 1990 г.), Республиканском научном семинаре «Физика ферритов и родственных соединений, их применение в технике» (, г. Донецк, 1991 г), Европей­ской конференции по магнитным материалам и их использованию (г. Кошице, Слова­кия, 1993 г.), Российской научно-технической конференции «Новые материалы и техно­логии» (г. Москва, 1995 г.), V-й Международной конференции по физике и технологии тонких пленок (г. Ивано-Франковск, 1995 г.) VI-м Межнациональном совещании «Ра­диационная физика твердого тела» (г. Севастополь, 1996 г.), Третьем Российско-китай­ском симпозиуме «Перспективные материалы и процессы» (г. Калуга, 1995), 7-й Меж­дународной конференции по ферритам – JCF7 (г. Бордо, Франция, 1996 г.), Европейской конференции по физике магнетизма (г. Познань, Польша, 1996 г.), Втором Российском симпозиуме «Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкопленочных структур» (г. Обнинск, 1997), Научно-технической конференции «Сварка и пайка в ма­шиностроении. Новые материалы и технологии в машиностроении и приборостроении» (г. Пенза, 1997 г.), 12-й, 13-й и 15-й международных конференциях по магнитомягким материалам (г. Краков, Польша, 1995 г.; г. Гренобль, Франция, 1997 г.; г. Бильбао, Испа­ния, 2001 г.), Международной конференции «Физика электронных материалов» (г. Ка­луга, 2002 г.), III-м Российско-японском семинаре «Оборудование и технологии для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов» (г. Москва, 2005 г.).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 83 печатных работы, в том числе 2 мо­нографии, 1 учебник (в двух томах), 24 статьи в рецензируемых периодических научных изданиях и изданиях, включенных в перечень ВАК (из них 8 статей – в иностранных на­учных журналах с высоким индексом цитируемости), 14 авторских свидетельств СССР и патентов России. 3 заявки на патенты находятся на рассмотрении.

Личный вклад автора.

Автором лично определена научная идеология всей работы, сформулированы цель и задачи работы, осуществлена постановка теоретических и экспериментальных исследований и их практическая реализация, проведено обобщение представленных в диссертации результатов и сформулированы научные выводы. Отдельные результаты работы получены и опубликованы в печати в соавторстве с сотрудниками МИСиС, ВНИИМЭТ (г. Калуга), Ивановского энергетического университета, ИОФРАН, Львовс-кого государственного университета, Белорусского государственного технологического университета.


Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованных ис­точников. Общий объем диссертации составляет 340 страниц, включая список литера­туры из 185 наименований, 32 таблицы и 89 рисунков.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость полу­ченных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту, пред­ставлена апробация работы.

Первая глава посвящена анализу работ, непосредственно связанных с тематикой диссертации. Показано, что интерес к изучению механизмов влияния униполярного коронного разряда, – квантов Со60 и быстрых электронов на физические свойства феррогранатовых гетерокомпозиций обусловлен спецификой эффектов, которые мо­гут наблюдаться в этих материалах. С одной стороны, удовлетворительная «про­зрачность» ЭМПФГ в широком диапазоне длин волн позволяет исследовать их ме­тодами оптической, ЯМР -, ЯГР – спектроскопии, что дает возможность извлечь информацию о фундаментальных процессах, которые трудно или невозможно реги­стрировать в массивных образцах. С другой стороны, огромная роль границ раздела (граница «пленка-воздух» и граница «пленка-подложка»), наличие в пленке напря­жений из-за несоответствия параметров решетки пленки и подложки, а также неиз­бежность попадания в решетку пленки «паразитных» примесей из раствора-распла­ва придают ЭМПФГ специфические свойства и особенности, не наблюдающиеся в массивных кристаллах. В третьих, сложные химический состав и структура ферро­гранатовых гетерокомпозиций порождают многообразие генетических и, как след­ствие, многообразие радиационных дефектов в данных материалах.

В обзоре научной литературы обсуждаются вопросы, связанные с особенно­стями структуры и магнитных свойств ЭМПФГ, полученных методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ). Проводится анализ влияния неизовалентных замещений в кати­онной подрешетке и индуцируемых ими дефектов на свойства и эксплуатационные параметры ЭМПФГ разных составов. Отмечена разноречивость сведений относи­тельно природы одноосной анизотропии в таких гранатах. Отмечается, что до сих пор остаются невыясненными до конца природа и энергетическое состояние дефек­тов, образующихся в процессе роста. В результате, до сих пор не получили полного объяснения изменения оптических, магнитных и электрических свойств при вариа­ции технологических параметров роста.

Рассмотрены основные характеристики и особенности гамма- и электронного облучений и проанализированы возможные механизмы радиационного дефектооб­разования под их воздействием в кристаллических материалах со структурой гра­ната. Отмечается, что к началу выполнения настоящей диссертационной работы (1986 г.), имеющиеся в литературе сведения о воздействии -квантов и быстрых электронов на кристаллическую структуру и свойства магнитных оксидов со струк­турой граната – весьма ограничены. Изложенная в работах информация сводится, в основном, к констатации полученных результатов без обсуждения причин наблю­даемых изменений.

На основе анализа литературных данных тмечено, что высокая радиационная стойкость ЭМПФГ к воздействию -квантов и быстрых электронов обусловлена вы­сокой концентрацией генетических дефектов в данных материалах. Сделан вывод, что остается неизученной и роль генетических дефектов в радиационном дефекто­образовании в феррогранатовых гетерокомпозициях.

Особое внимание уделено работам, посвященным изучению влияния униполяр­ного коронного разряда на физические свойства материалов электронной техники. Отмечено отсутствие исследований по влиянию обработки в униполярном коронном разряде на ферриты к началу выполнения настоящей диссертационной работы. Детально проанализированы имеющиеся результаты исследований процес­сов окисления металлических пленок в короне, диффузионные процессы в пласти­нах кремния и пленках двуокиси кремния, процессов записи информации и процес­сов формирования электретного состояния в диэлектриках под воздействием унипо­лярной короны. Исходя из анализа литературных источников, обосновывается акту­альность и перспективность использования коронного разряда для управления фи­зическими свойствами магнитных диэлектрических пленок.

Во второй главе представлена информация об использованных в работе объектах исследования и технологических параметрах их получения, представлены характе­ристики используемых в работе источников радиационных воздействий и источни­ков униполярного коронного разряда, описаны экспериментальные методы, исполь­зованные при изучении особенностей кристаллической структуры и физических свойств феррогранатовых гетерокомпозиций. Значительное внимание было уделено методам математической обработки результатов.

В качестве основных объектов исследования служили феррогранатовые гете­рокомпозиции трех типов: (YSmLuCa)3(FeGe5)O12, Y3Fe5O12 и Bi-содержащие ЭМПФГ различных составов, монокристаллические пластины-подложки Gd3Ga5O12 и (GdCa)3(GaMgZr)5O12. Объекты исследования были выращены в НИИ материалов (г. Львов) и во ВНИИМЭТ (г. Калуга). ЭМПФГ были получены методом ЖФЭ из раствора в расплаве, РЗГГ – методом Чохральского. Разработанное в диссертации «Устройство для жидкофазной эпитаксии феррогранатовых пленок» позволяет по­лучать ЭМПФГ различных составов с улучшенными эксплуатационными парамет­рами (а.с. СССР № 1655137).

В качестве вспомагательных объектов исследования служили монокристаллы Y3Fe5O12 и поликристаллические пленки (YBi)3(FeGa)5O12.

В табл. 1 представлены технологические параметры роста исследованных в ра­боте феррогранатовых гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe5)O12.

Таблица 1

Технологические параметры роста исследованных в работе феррогранатовых гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe)5O12


п/п Номер состава Значения молярных отношений компо­нент в расплаве Скорость роста V, мкм/мин Толщи-на h, мкм
R1 R2 R3 R4 R5 R6
1. I 12,63 13,65 9,82 10,07 18,83 21,7 0,197 0,23 0,31 0,57 0,62 0,750,77 25
2. II ---- ---- ---- ---- 0,35 ---- ---- 57
3. III ---- ---- ---- ---- 0,48 ---- ---- 510
4. IV* ---- ---- ---- ---- 0,50 ---- ---- 510




Раствор-расплав: PbO-B2O3, подложка Gd3Ga5O12 <111>; * 10%-е обогащение Fe57

где -сумма оксидов редкоземельных элементов в расплаве (моль).

В табл. 2 представлены технологические параметры исследованных в работе феррогранатовых гетерокомпозиций Y3Fe5O12.

Таблица 2


Параметры роста исследованных феррогранатовых гетерокомпозиций Y3Fe5O12

п/п
Пленка
Толщина плёнки h, мкм Скорость роста v, мкм/мин Температура роста Tg , °С
1. КВ- 2 24,4 1, 20 985
2. КВ- 3 4, 90 0, 16 940
3. КВ- 4 10, 96 0, 76 930
4. КВ- 5 26, 30 0, 64 930
5. КВ- 6 6, 10 1, 02 920
6. КВ- 7 6, 96 1, 16 915
7. КВ- 8 6, 12 1, 22 905
8. КВ- 9 5, 10 1, 02 895

Раствор-расплав PbO-B2O3, подложка Gd3Ga5O12 <111>, 10%-е обогащение Fe57

В табл. 3 представлены технологические параметры исследованных в работе Bi-содержащих феррогранатовых гетерокомпозиций.

Таблица 3


Параметры роста исследованных феррогранатовых гетерокомпозиций

Bi-содержащих ферритов-гранатов

соста- ва
Состав пленки

Подложка

Раствор-расплав
Тем-ра роста Tg , °С
3-1. (YBi)3(FeGa)5O12 <111> Gd3Ga5O12 CaCO3-Bi2O3-V2O5 780
3-2. (YYbBi)3(FeGa)5O12 <111> Gd3Ga5O12 CaCO3-Bi2O3-V2O5 780
3-3. (BiTm)3(FeGa)5O12 <111> Gd3Ga5O12 PbO-Bi2O3-B2O3 770
3-4. (YBi)3(FeGa)5O12 <111> (GdCa)3(GaMgZr)5O12 PbO-Bi2O3-B2O3 760
3-5. (YBi)3(FeGa)5O12 <210> (GdCa)3(GaMgZr)5O12 PbO-Bi2O3-B2O3 750
3-6. (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 <210> (GdCa)3(GaMgZr)5O12 PbO-Bi2O3-B2O3 750

При изучении структурного состояния ЭМПФГ использовали конверсионную электронную мессбауэровскую спектроскопию (КЭМС), ядерную гамма-резонанс­ную спектроскопию (ЯГРС), рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (РФЭС), рентгеноструктурный анализ. Уточнение состава ЭМПФГ проводилось ме­тодом рентгено-спектрального микроанализа. Исследования выполнены на про­мышленных установках отечественного и зарубежного производства, обработку ре­зультатов осуществляли по стандартным программам.

При изучении магнитных свойств феррит-гранатовых пленок контролировали период доменной структуры Р0, поле коллапса Н0, поле эллиптической неустойчиво­сти Н2, поле эффективной магнитной анизотропии Нк, коэрцитивную силу Нс, на­магниченность насыщения 4Мs, температуру Нееля ТN.

Перечисленные магнитные параметры определяли при использовании магнито­оптических методик. Поле эффективной магнитной анизотропии Нк опре­деляли методом ферромагнитного резонанса и магнитооптическим методом, а коэр­цитивную силу Нс – методом осциллирующего поля и по петле гистерезиса. Петли магнитного гистерезиса регистрировали на магнитооптическом поляриметре, а также с помощью вибромагнетометра M-155 фирмы EG&G.PARC (США).

Для изучения электрофизических и оптических характеристик было предло­жено ряд оригинальных методик.

Спектры оптического пропускания и отражения исследуемых образцов регист­рировали на спектрофотометрах «Specord M - 40» фирмы «Карл Цейс Йена» и «Lambda - 9» фирмы «Perkin-Elmer» (США). Спектры поглощения пленок рассчиты­вали по стандартным методикам. Для определения концентрации редкоземельных примесей и свинца в монокристаллических ферритах-гранатах, контроля качества ЭМПФГ и РЗГГ оптическими методами были предложены новые способы (патент РФ № 2206143, патент № 2210835, патент РФ № 2157576, патент РФ № 2093922). При изучении электрофизических параметров был разработан способ бесконтакт­ного измерения удельного сопротивления (А.С. СССР 1642410). Для изуче­ния электрически активных дефектов были использованы методы термостимулиро­ванных токов проводимости (ТСТП) и термостимулированных токов проводимо­сти короткого замыкания (ТСТП КЗ). Параметры активных центров определяли по интенсивности пиков ТСТ по разработанной в работе методике. Применение разра­ботанного метода позволило упростить определение параметров центров по кривым ТСТ с близкорасположенными максимумами и повысить достоверность получен­ных данных. Измерение поверхностной плотности заряда объектов исследования проводилось методом Егучи.

-облучение объектов исследования проводили в промышленных изотопных установках на основе радионуклида Со60 МРХ- -100 и УКП – 100000. Мощность дозы при облучении варьировали в пределах PD = 2,5-40 Гр/с. Диапазон поглощен­ных доз облучения составлял Dп = 1103 - 3108 Гр. Облучение объектов исследования быстрыми электронами осуществляли на электронном ускорителе «Электроника ЭЛУ-6». Использовались плотности потока электронов: e = 1,251011 см-2 с-1 и e = 6,01011 см-2 с-1. Образцы облучались до значений флюенса Фе = 1013 – 51016 см-2.

Обработку объектов исследования в униполярном коронном разряде прово­дили на модифицированной нами установке типа «пластина-многоигольчатый элек­трод», а также на разработанных в работе устройствах коронного разряда (а.с. СССР № 1612917, патент РФ № 2050654). Использование в разработанных устройствах перпендикулярных электрического и магнитного полей, а также магнетронного эф­фекта (а.с. СССР № 1612917) и выполнение зоны генерации в виде адиабатической магнитной ловушки с многоострийным электродом в виде стержня с радиально от­ходящими иглами разной высоты и внешнего электрода в виде системы металличе­ских полос, огибающих иглы (патент РФ № 2050654), позволяет увеличить плот­ность тока коронного разряда в 5-10 раз. Обработка образцов в короне проводилась при следующих параметрах: напряжение на коронирующем электроде 5-25 кВ, ток короны Ik = 10-500 мкА, температура обработки Т= 300К, атмосфера - воздух. Время обработки составляло 0,5-60 часов. В работе использо-вался отрицательный корон­ный разряд, что мотивировалось возможностью накопления на поверхности объек­тов исследования при этом виде разряда существенно большей плотности поверхно­стного заряда и возможностью интенсивнее стимулировать диффузионные про­цессы.

Глава 3 посвящена изучению особенностей взаимосвязи физических свойств объектов исследования с технологическими условиями их получения и, как следст­вие, с природой образующихся генетических дефектов. Для выяснения структуры радиационных дефектов, наводимых в объектах исследования -квантами Со60 и бы­стрыми электронами, а также для создания условий закрепления инжектированных короной зарядов в объеме феррогранатовых гетерокомпозиций и создания эффек­тивного электретного состояния, необходимо решить проблему, связанную с ин­терпретацией механизмов образования дефектов кристаллической структуры в про­цессе синтеза. На момент начала научных исследований по теме настоящей диссер­тации (1986 г.), данная проблема была ещё весьма далека от полного понимания. Вопрос относительно типа дефектов (особенно в анионной подрешетке), их энерге­тического состояния в таких ферритах оставался проблематичным. Не существовало и единого мнения относительно роли сверхстехиометрических ионов Са2+ в форми­ровании коэрцитивной силы, ростовой анизотропии.

Проведенные исследования позволили обнаружить целый ряд специфических свойств ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12. Так, обращает на себя внимание рост коэр­цитивной силы и эффективной магнитной анизотропии таких пленок с увеличением параметра R5 (рис. 1). Величина Hk представляет собою разницу между измерен­ными и рассчитанными значениями Hk.

Еще одна обнаруженная особенность состоит во влиянии параметра R5 на форму петли гистерезиса пленок (YSmLuCa)3(FeGe5)O12: при полях перемагничи-ва­ния, близких к значению поля H2, петли ЭМПФГ, полученных при высоких значе­ниях R5, обладают неким своеобразным «аппендиксом» (рис. 2, б; обведен окружно­стью) типа скачков Баркгаузена, форма которого изменяется (рис. 2, в).

Известно, что коэрцитивная сила принадлежит к структурно-чувствительным параметрам магнетика. В магнитоодноосных материалах Hc определяется как мини­мальное пороговое поле, необходимое для необратимого смещения доменной гра­ницы. Рост Hc говорит о закреплении доменных границ на дефектах кристалла, при­рода которых может быть самой различной. Дефектность ЭМПФГ, имея некое «упорядочение», может приводить к существенному росту одноосной анизотропии

 Зависимость эффективной магнитной анизотропии для ЭМПФГ -12

Рис. 1. Зависимость эффективной магнитной анизотропии для ЭМПФГ

(YSmLuCa)3(FeGe5)O12 от молярного параметра R5

 Характерные петли гистерезиса ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 путем-14

 Характерные петли гистерезиса ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 путем-15

Рис. 2. Характерные петли гистерезиса ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12

путем искажения симметрии кристаллического поля на магнитоактивных ионах Fe3+ в тетра- и октаположениях кристаллической решетки. Поскольку H2 – это поле сме­щения в материале-носителе ЦМД, при котором последние развертываются в по­лосы, то наличие обнаруженных особенностей на петле гистерезиса обусловлено существенной дефектностью магнитной среды (полосовым доменам – сложнее «преодолевать препятствия», чем цилиндрическим). Это позволяет заключить, что повышенные значения Hc, Hk и особенности петли гистерезиса феррогранатовых ге­терокомпозиций с высокими значениями R5 обусловлены одной причиной.

Феррогранатовые гетерокомпозиции (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 обладают значи­тельным оптическим поглощением, причем величина последнего существенно рас­тет с увеличением значения R5. К примеру, ЭМПФГ данной группы при значении R5 = 0,5 будут обладать в ультрафиолетовом и видимом диапазонах по сравнению с пленками, выращенными при значении R5 = 0,31, существенно большим оптическим поглощением, несмотря на разбавленность магнитной подрешетки последней группы ЭМПФГ на 5%. Увеличение параметра R5 ведет к смещению края фундамен­тального поглощения ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 в сторону больших длин волн и уменьшению ширины запрещенной зоны пленок. Причем, рост R5 от значения 0,31 до значения 0,5 ведет к уменьшению ширины запрещенной зоны для непрямых раз­решенных переходов на 6,1%, а для прямых разрешенных переходов на 1,6%. Важ­ной особенностью пленок ферритов-гранатов с повышенным значением параметра R5 является также форма пика оптического поглощения, соответствующего переходу 6А1 4Т1(Fe3+тетр.), в виде плато.

С целью выяснения причин наблюдаемых особенностей магнитных и оптиче­ских свойств, проводилось уточнение химического состава исследованных ферро­гранатовых гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe5)O12. Результаты рентгено-спек­трального микроанализа представлены в таблице 4.

Таблица 4

Уточненный химический состав исследованных феррит-гранатовых пле­нок (YSmLuCa)3(FeGe5)O12


Номер состава

Значение R5
Уточненная химическая формула Концентра- сверхстехио- метр. ионов Са2+, ф.е.
I 0,31 Y1.37Sm0.29Lu0.58Pb0.01Ca0.83Fe4.11Pt0.01Ge0.8O12 0,03
II 0,35 Y1.37Sm0.29Lu0.58Pb0.01Ca0.85Fe4.11Pt0.01Ge0.8O12 0,05
III 0,48 Y1.6Sm0.16Lu0.26Pb0.01Ca0.96Fe4.09Pt0.02Ge0.87O12 0,09
IV(1) 0,50 Y1.52Sm0.2Lu0.31Pb0.01Ca0.99Fe4.06Pt0.01Ge0.89O12 0,10
IV(2) 0,50 Y1.48Sm0.2Lu0.31Pb0.02Ca0.99Fe4.02Pt0.03Ge0.88O12 0,11

Как видно из таблицы, для всех использованных в работе составов ЭМПФГ(Ca,Ge)-системы характерно вхождение в пленку сверхстехиометрического

кальция, причем концентрация последнего растет с увеличением значения коэффициента R5. Так, при увеличении R5 от 0,31 до 0,50 концентрация сверхстехиометрических ионов Са2+ растет со значения 0,03 ф.е. (1,31020 ионсм-3) до 0,10-0,11 ф.е. (4,2-4,61020 ионсм-3) соответственно. Таким образом, в основе роста Hc, Hk и в ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 лежит рост концентрации сверхстехиометрических ионов Са2+. Следует отметить, что Бубликом В.Т. и Ткаличем А.К., в частности, показано, что концентрация сверхстехиометрических ионов Са2+ растет также с увеличением переохлаждения раствора-расплава.

Травление в H3PO4, а также поляризационно-оптические исследования пока­зали, что во всех исследованных образцах YSmLuCaFeGe (включая и ЭМПФГ с вы­сокими значениями R5) плотность дислокаций не превышала 5 см-2. Результаты рентгено-топографических и рентгеновских исследований не обнаружили в пленках наличия второй фазы, а также структурно-неоднородных поверхностных или пере­ходных слоев пленка-подложка, где могло бы происходить поверхностное закрепле­ние доменных границ. Перпендикулярная поверхности компонента деформации не­соответствия праметров пленки и подложки не превышала 510-4. По данным Шупе­гина М.Л., в этом случае дислокации несоответствия не образуются. Это позволяет заключить, что повышенные значения Нс в данных пленках не обусловлены дейст­вием неоднородних упругих напряжений или закреплением доменных границ на дислокациях.

Ионы Са2+ являются электроотрицательными по отношению к решетке пленки. Для соблюдения электронейтральности в последней необходимо увеличение положительного заряда или уменьшение отрицательного (ионов Ge4+, Pt4+ и Pb4+ (если реализуется механизм автокомпенсации свинца), как видно из табл. 4 - недос­таточно. Это возможно путем образования ионов Fe4+, дырочных центров O- или ки­слородных вакансий. Однако, РФС-исследования не обнаружили в данных пленках ионов Fe4+. Объемный характер закрепления доменных границ дал основание пола­гать, что в ЭМПФГ (Ca,Ge)-системы присутствуют немагнитные точечные дефекты и они, а не дефекты электронной структуры являются причиной высоких Нс, Hk и скачков типа Баркгаузена на петлях гистерезиса.

Окончательное выяснение структуры генетических дефектов, ответственных за обнаруженные в данной работе особенности магнитных и оптических свойств, проводилось методом ТСТП. Было обнаружено, что спектры ТСТП феррогранато­вых гетерокомпозиций, не содержащих в качестве легирующей или «паразитной» примеси ионов Са2+, представляют собою експоненциальные зависимости силы тока от температуры независимо от вида электродов, вида и режимов возбуждения. В то же время, спектр ТСТП гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 предствляет со­бою сложный энергетический спектр, состоящий из «низкотемпературной» и «вы­сокотемпературной» частей. «Низкотемпературной» части соответствуют 13 ло­кальных центров, имеющих пики ТСТП со значениями температуры от 422 К до 501 К, высокотемпературной – 8 локальных центров, имеющих пики ТСТП со значе­ниями температуры от 603 К до 689 К. Параметры обнаруженных локальных цен­тров представлены в табл. 5 и табл. 6.


Таблица 5

Основные параметры локальных центров «низкотемпературной» части спек­тра ТСТП феррогранатовых гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe5)O12

п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tm, K 422 430 434 439 442 445 450 455 460 465 470 476 501
Et, эВ 0,82 0,83 0,84 0,85 0,855 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,97

Таблица 6

Основные параметры локальных центров «высокотемпературной» части спек­тра ТСТП феррогранатовых гетерокомпозиций (YSmLuCa)3(FeGe5)O12

п/п 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Tm, K 603 616 652 659 665 679 683 685 689
Et, эВ 1,17 1,19 1,26 1,28 1,29 1,315 1,325 1,33 1,34

Приводятся данные рассчитанных для каждого локального центра следующих пара­метров: частотный фактор, время релаксации, сечение захвата St и концентрация Nt. Результаты Ларсена и Метселера, а также проведенные нами расчеты позволили заключить, что обнаруженные локальные центры обусловлены наличием в объектах исследования заряженных кислородных вакансий. Причем, центры, параметры ко­торых представлены в табл. 5, соответствуют однозарядным кислородным вакан­сиям V (F+- центрам), а центры, параметры которых представлены в табл. 6, – ней­тральным кислородным вакансиям V(F - центрам). Характерно, что интенсив­ность пиков ТСТП составов IV(1) и IV(2) в 3-4 раза выше интенсивности пиков ТСТП состава I. Данные факты подтверждают, что зарядовая компенсация сверх­стехиометрических ионов Са2+ осуществляется кислородными вакансиями. Следует отметить, что в настоящей работе данный факт экспериментально подтвержден впервые. Впервые экспериментально обнаружено, что кислородные вакансии вслед­ствие неэквивалентности позиций ионов кислорода в решетке создают целый спектр близкорасположенных локальных уровней.

Для выяснения особенностей влияния температуры роста на физические свой­ства ЭМПФГ были выполнены рентгеноструктурные, мессбауэровские и оптические исследования феррогранатовых гетерокомпозиций Y3Fe5O12.

Обнаружено, что понижение температуры роста приводит к увеличению па­раметра решетки, интенсивному росту оптического поглощения в УФ и видимой частях спектра пленок ЖИГ. В мессбауэровских спектрах пленок на фоне суперпо­зиции секстиплетов от различных подрешеток появляется центральный парамагнит­ный дублет (изомерный сдвиг =-0,117 мм/с; квадрупольное расщепление =0,573 мм/с) (рис. 3), а в спектрах отражения - дополнительный пик отражения при =555 нм (рис. 4), указывающий на существование перехода

Pb2+ + Pb4+ + h Pb3+ + Pb3+, (1)

и соответствующий реализации механизма автокомпенсации свинца: появлению пар

Pb2+ - Pb4+.

 Характерный мессбауэровский спектр исследованных ЭМПФГ Y3Fe5O12 (на-20

Рис. 3. Характерный мессбауэровский спектр исследованных ЭМПФГ Y3Fe5O12

(на примере пленки КВ-5)

 Характерные спектры отражения исследованных ЭМПФГ Y3Fe5O12 -22

Рис. 4. Характерные спектры отражения исследованных ЭМПФГ Y3Fe5O12

Рентгеноспектральный анализ образцов подтвердил рост концентрации ионов свинца с понижением температуры роста. Детальный анализ структуры Y3Fe5O12 и полученных результатов исследования позволили заключить, что обнаруженный па­рамагнитный дублет обусловлен ионами Fe3+ в тетраэдрических позициях (рис. 5), выключенными из обменного взаимодействия находящимися в октаэдрических по­зициях ионами Pb4+, Y3+ и Pt4+, из которых первые превалируют.

 Схематическое изображение ближайших соседей-катионов, связанных-24

 Схематическое изображение ближайших соседей-катионов, связанных с-26

Рис. 5. Схематическое изображение ближайших соседей-катионов, связанных с ионом Fe3+, в структуре стехиометрического Y3Fe5O12

вверху для иона Fe3+(a) ; внизу для иона Fe3+(d)

Было установлено, что концентрация ионов свинца CPb (ф.е.) в структуре магнит­ного граната связана с площадью обнаруженного парамагнитного дублета в мес­сбауэровском спектре Sдубл (отн. ед.) следующим соотношением:

CPb = (Sдубл + 3,632)/508,61 (2).

Исследования Bi-содержащих феррогранатовых гетерокомпозиций позволили обнаружить, что пленки состава 3-1 обладают гиганстскими значениями Hc (390 – 1600 A/м), а доменная структура имеет не характерный для Bi-содержащих ЭМПФГ лабиринтообразный вид (имеющий также место для всех остальных исследованных в работе Bi-пленок), а вид пятен неправильной формы. При перемагничивании все ЭМПФГ данного состава намагничивались до насыщения, и такое состояние сохра-нялось длительное время. Наряду с указанными особенностями магнитных свойств, феррогранатовые гетерокомпозиции состава 3-1 обладают также гигантским опти-ческим поглощением в ближней ИК области спектра ( = 480-670 см-1). По данным рентгеноспектрального микроанализа, для пленок составов 3-1 и 3-2 (см. табл. 3) ха­рактерно вхождение из раствора-расплава ионов Са2+ в концентрации 0,04-0,05 ф.е. и ионов Pt4+ в концентрации 0,005-0,007 ф.е. Однако, связывать гигантские значения Hc и ЭМПФГ 3-1 только с «паразитными» ионами Са2+ и индуцируемыми ими ки­слородными вакансиями будет не правильно, т.к. пленки состава 3-2 при такой же концентрации «паразитных» ионов Са2+ обладают в 10-40 раз меньшими значения-ми Hc и в 2,5-3,5 раз меньшими значениями. Рентгеноструктурные исследования показали, что значения несоответствия параметров решетки пленки и подложки пле-нок состава 3-1 в 3,6-6,0 раз выше значений a/a пленок 3-2 и составляют a/a = (18-42)10-4. Такие значения несоответствия параметров решетки пленки и подложки индуцируют в ЭМПФГ 3-1 упругие напряжения сжатия величиной 540-1250 МПа, которые, в свою очередь, создают сетку дислокаций и гигантское искажение сим­метрии кристаллического поля на ионах Fe3+. Эти факторы и являются причиной громадных значений и Hc, а также особенностей доменной структуры в пленках состава 3-1. Причиной гигантских напряжений несоответствия в гранатовых плен­ках 3-1 являются обладающие большими значениями ионного радиуса ионы Bi3+ (r = =1,11 ) и ионы Са2+ ( r =1,12 ). По данным рентгеноспектрального микроанализа, пленки составов 3-2 и 3-3 обладают близкими значениями концентрации ионов Bi3+ (C=0,56-0,71 ф.е.). Замещение части ионов Y3+ (r =1,015 ) в составе 3-2 на ионы Yb3+ (r =0,98 ), а в составе 3-3 на ионы Tm3+ (r =0,99 ) существенно компенсирует растягивающий эффект ионов Bi3+ и Са2+, что выражается в значительном уменьше­нии упругих напряжений несоответствия и, как следствие, - в отсутствии гигантских значений Hc и, а также особенностей доменной структуры.

Изучение особенностей оптического поглощения в феррогранатовых гетеро­композициях различных составов позволило обнаружить, что концентрация ионов Tm3+ в пленках и кристаллах магнитных гранатов связана с интенсивностью соот­ветствующего ионам Tm3+ пика оптического поглощения соотношением:

CTm = 1,123ln(HTm/H0) – 3,02, (3)

где: H0 = 1 см-1; HTm – высота соответствующего ионам Tm3+ (см-1) пика оптиче­ского поглощения при max=0,685 мкм; CTm – концентрация ионов Tm3+ (ф.е.).

Глава 4 посвящена изучению радиационно-стимулированных изменений структуры и свойств объектов исследования под воздействием –квантов Co60 и бы­стрых электронов, изучению роли генетических дефектов в радиационном дефекто­образовании. Облучение кристалла быстрыми электронами или –квантами может приводить как к образованию собственно радиационных дефектов, связанных со смещениями атомов среды, так и к изменению зарядового состояния уже сущест­вующих до облучения генетических дефектов. Приводятся результаты расчетов об­разованных по ударному механизму дефектов Френкеля в ЭМПФГ разных составов и РЗГГ Gd3Ga5O12 и (GdCa)3(GaMgZr)5O12. По данным проведенных расчетов, во всех объектах исследования при максимальных значениях используемых значений поглощенной дозы облучения и флюенсов концентрация образованных дефектов Френкеля получается на 3-4 порядка ниже концентрации генетических дефектов. Такая высокая радиационная стойкость гранатов обусловлена большими значениями пороговой энергии образования дефектов смещения, а также высокой концентра­цией (1019 см-3) генетических дефектов в данных материалах. Таким образом, воз­действие используемых радиационных излучений на выбранные объекты будет сво­диться, в основном, к нарушениям их электронной структуры. Проведенные иссле­дования позволили обнаружить, что –облучение Co60 не изменяет магнитных ха­рактеристик пленок YSmLuCaFeGe до значения поглощенной дозы Dп =(1-2)106 Гр, а облучение быстрыми электронами – до значений флюенса Фe =(7-9)1013 см-2. При дальнейшем облучении происходит рост P0 и Hk, уменьшение H0 и H2 и достижение изменениями данных характеристик максимальных значений. Величина радиаци­онно-стимулированных изменений свойств ЭМПФГ данного типа зависит от кон­центрации сверхстехиометрических ионов кальция: максимальные изменения маг­нитных параметров и оптического поглощения наблюдались в пленках составов IV(1) и IV(2). Были зафиксированы следующие значения максимальных изменений магнитных характеристик:

а). при облучении –квантами Co60 (E = 1,25 МэВ): P0 = (+5,2 +7,1)%;

Hk = (+4,0 +5,0)%; H0 = (-4,0 -5,5)%; H2 = (-6,0 -8,5)% ;

б). при облучении быстрыми электронами (Ee = 6,0 МэВ): P0 = (+6,5 +8,5)%;

Hk = (+5,5 +6,5)%; H0 = (-5,5 -7,0)%; H2 = (-7,5 -9,0)%.

По данным проведенных прямых измерений 4MS облученных образцов, обнару­женные изменения данной магнитной характеристики не превышали ошибки изме­рения.

Изучение радиационно-оптических свойств феррогранатовых гетерокомпо-зиций YSmLuCaFeGe показало, что оптическое поглощение данных материалов яв­ляется весьма чувствительным параметром к воздействию радиации. Для всех об­разцов вышеуказанной системы, исследованных в данной работе, имел место эф­фект просветления. Характерно, что величина просветления данных объектов ис­следования как при –облучении, так и при облучении быстрыми электронами опре­деляется значением концентрации сверхстехиометрических ионов Са2+. Так, для ЭМПФГ, содержащих 0,03 ф.е. сверхстехиометрических ионов Са2+, наблюдался незначительный сдвиг края фундаментального поглощения в сторону меньших зна­чений (max =0,0014 мкм при –облучении и max =0,0016 мкм при облучении

быстрыми электронами) и просветление в области =0,42-0,9 мкм, причем максима-льное просветление наблюдалось вблизи относительного окна прозрачности грана­товой пленки (рис. 6). Для пленок с высокой концентрацией сверхстехиометричес- ких ионов кальция (0,09-0,11 ф.е.) всегда имел место интенсивный сдвиг всего спек-тра оптического поглощения в сторону меньших значений длин волн, а также су-щественное просветление вблизи относительного окна прозрачности (рис. 6). Ха-

рактерно, что эффекты сдвига края фундаментального поглощения и просветления ЭМПФГ YSmLuCaFeGe наблюдались уже при малых значениях поглощенных доз. Максимальные изменения спектров оптического поглощения имели место при тех значениях Dп и Фe, когда изменения магнитных параметров были близки к макси-мальным. Проведенные расчеты показали, что при максимальном сдвиге края фун-даментального поглощения составов III и IV как при -облучении, так и при облу-чении быстрыми электронами оптическая ширина запрещенной зоны для прямых разрешенных переходов увеличивается на Egd =5,0-5,5%, для непрямых разрешен-ных переходов – на Egi =2,0-2,5%.

Изучение влияния -квантов Co60 и быстрых электронов на феррогранатовые гетерокомпозиции Y3Fe5O12 (табл. 2) и Bi-содержащие феррогранатовые гетероком-позиции (табл. 3) обнаружило незначительное просветление всех указанных пленок, аналогичное просветлению ЭМПФГ состава I (рис. 6, верх). Реально регистрируе-мые изменения магнитных характеристик облученных образцов были обнаружены только для пленок состава 3-2, обладающих «паразитными» ионами Са2+ и, как след-ствие, компенсирующими их кислородными вакансиями. На рис. 7 представлены характерные изменения поля магнитной анизотропии Hk, температуры Неля TN, полей коллапса H0 и эллиптической неустойчивости H2 для пленок указанного состава. Характерно, что зависимости указанных параметров от поглощенной дозы -квантов Co60 повторяют представленные на рис 7. зависимости, отличаясь только тем, что величина максимальных изменений на 1-2% меньше, чем в случае быстрых электронов. Следует отметить также, что зависимости контролируемых магнитных параметров для пленок состава 3-2 как при гамма-облучении, так и при облучении быстрыми электронами имеют такой же вид, как и для (YSmLuCa)3(FeGe5)O12-пле-

нок, что говорит о единой природе радиационно-стимулированных изменений в этих типах ЭМПФГ.

Для выяснения механизмов изменения магнитных свойств ЭМПФГ при - облучении и облучении быстрыми электронами были изучены особенности их структуры методами КЭМС, РФЭС и ТСТП. Результаты КЭМС-исследований ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 показали, что воздействие данных видов облучения при используемых режимах воздействия не вносит существенных изменений в вид спектров. Установлено, что в случае -облучения при Dп=1,095107 Гр (когда изменения магнитных параметров пленок близки к максимальным) эффективные поля на ядрах ионов Fe57 уменьшаются для a1- и d-подрешетки на 2%, для a2-подрешетки – на 3%. В диапазоне поглощенной дозы Dп=(1-6)106 Гр обнаружено следующее уменьшение значений эффективной ширины компонент спектра КЭМС исследуемых ЭМПФГ: для тетраэдрической подрешетки – на Гd=14,5-23,6%, для октаэдрической – на Гa=4,3-9,5%. Данный факт можно связывать с уменьшением магнитной и структурной неэквивалентности ионов Fe3+, локализованных в d-подрешетке, а также с изменением типа (концентрации) дефектов в a- и d- подре-

 Характерные изменения спектров оптического поглощения-27


Рис. 6. Характерные изменения спектров оптического поглощения исследован­ных ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 под воздействием радиационного облуче­ния (случай максимального просветления) вверху: CCa2+ = 0,03 ф.е.;

внизу: CCa2+ = 0,11 ф.е. 1-исходный спектр; 2- облучение квантами;

3- облучение быстрыми электро­нами

 Характерные изменения магнитных параметров ЭМПФГ -29

 Характерные изменения магнитных параметров ЭМПФГ -30

 Характерные изменения магнитных параметров ЭМПФГ (YBi)3(FeGa)5O12-32

Рис. 7. Характерные изменения магнитных параметров ЭМПФГ

(YBi)3(FeGa)5O12 (состав 3-2) под воздействием быстрых электронов

шетках, причем в последней эти изменения проходят интенсивнее. При достижении магнитными и оптическими характеристиками максимальных изменений, изо всех параметров спектра КЭМС наибольших изменений претерпевает изомерный сдвиг : для d-подрешетки он увеличивается на 40-44%, для a1- на 30-32%, для a2 – на 32-34%.

Аналогичные изменения параметров КЭМС-спектров (YSmLuCa)3(FeGe5)O12-

пленок имеют место и при облучении быстрыми электронами. При достижении магнитными и оптическими параметрами данных пленок максимальных изменений (Фe =(81014-11015) см-2) наблюдаются следующие максимальные изменения : для d-подрешетки он увеличивается на 42-46%, для a1- на 32-34%, для a2 – на 34-36%.

Так как изомерный сдвиг является мерой электронной плотности на ядрах ио­нов Fe57, увеличение в ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 при -облучении или облу­чении быстрыми электронами можно связывать с индуцированием ионов Fe2+

(Fe2+<z<3+). Однако, присутствие ионов Fe2+ в феррит-гранатовой пленке должно при­водить к росту оптического поглощения во всем исследуемом диапазоне длин волн. Мы же наблюдаем интенсивное просветление. Для разрешения вышеуказанного противоречия анализировались РФЭС-спектры ионов Fe3+ ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 составов I и IV в исходном состоянии, при Dп=1107 Гр -об­лучения и при Фe =11015 см-2 быстрых электронов. Результаты исследований пока­зали, что спектры 2p-электронов ионов Fe3+ - идентичны для всех пленок обоих со­ставов и представляют собой дублет линий 2p1/2-2p3/2. Облучение как -квантами, так и быстрыми электронами не оказывало влияния ни на форму линий дублета, ни на значение их энергии связи. Величина мультиплетного расщепления линии Fe3S как в исходных, так и в облученных образцах, составляла =6,1 эВ. То есть, ни в од­ной из исследованных пленок, ионов железа с валентностью, отличной от «3+», об­наружено не было.

Окончательное выяснение природы радиационных дефектов, ответственных за выявленные в настоящей работе радиационно-стимулированные изменения структуры и свойств ЭМПФГ, удалось осуществить с помощью метода ТСТП КЗ. Сравнение спектров ТСТП КЗ ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 составов I и IV в ис­ходном состоянии, при Dп=1107 Гр -облучения и при Фe =11015 см-2 быстрых элек­тронов позволило обнаружить, что в спектрах ТСТП КЗ облученных образцов ин­тенсивность пиков ТСТ, соответствующих F+-центрам, в 3-4 раза выше, чем у об­разцов в исходном состоянии.

Таким образом, в первом приближении, механизм изменения под воздейст­вием -квантов Co60 (E = 1,25 МэВ) и быстрых электронов (Ee =6 МэВ) свойств ЭМПФГ, содержащих сверхстехиометрические и «паразитные» ионы Са2+, сводится к перезарядке кислородных вакансий: переходу двухзарядных кислородных вакан­сий Vв однозарядные V( F+-центры). Детально обсуждается механизм формиро­вания F+-центров и механизмы изменения под воздействием F+-центров магнитных и оптических свойств объектов исследования.

Было обнаружено также, что механизмы изменения свойств ЭМПФГ и РЗГГ под воздействием ионизирующих излучений – сходны. В частности, проведенные в работе результаты исследований показали, что появление желто-коричневой окра­ски в кристаллах Gd3Ga5O12 и (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (рис. 8) под воздействием

 Спектры дополнительного поглощения радиационных центров окраски,-36

Рис. 8. Спектры дополнительного поглощения радиационных центров окраски, индуцируемых в кристаллах (GdCa)3(GaMgZr)5O12 воздействием ионизирующих излучений

(a-c) - кванты Co60; Dп=103 Гр (a), Dп=104 Гр (b), Dп=105 Гр (c)

(d, e) УФ-свет; 10 часов (d), 50 часов (e).

ультрафиолета, -квантов Co60 (E = 1,25 МэВ) и быстрых электронов (Ee =6 МэВ) обуслов­лено формированием F+-центров. В частности, в работе впервые установле-но, что ответственной за формирование желто-коричневой окраски в кристаллах галлиевых гранатов является полоса дополнительного поглощения с max=24000 см-1, а не с max= 29000 см-1, как считалось ранее. В работе детально обсуждается меха-низм формирования в кристаллах Gd3Ga5O12 и (GdCa)3(GaMgZr)5O12 желто-коричне-вой окраски под воздействием ионов Са2+, вакансий галлия и ионизирующих излу-чений.

Глава 5 посвящена изучению изменений структуры и свойств феррогранато-вых гетерокомпозиций под воздействием отрицательного коронного разряда.

Обработка феррогранатовых гетерокомпозиций в газовых электрических разря­дах является одним из перспективных способов воздействия на их структуру, свойства и эксплуатационные параметры. Предполагалось, что большинство эффек­тов, связанных с модификацией поверхности таких пленок и, как следствие, изменением их свойств и эксплуатационных параметров, обусловлено химическим взаимодействием ионной компоненты с веществом. Однако, проведенные в настоя­щей работе исследования показали, что наличие границ раздела двух сред, являю­щихся стоками для структурных дефектов, наличие высокой концентрации дефек­тов, наличие возможности проявления гигантского линейного магнитоэлектриче­ского эффекта и возможности эффективного формирования электретного состояния благодаря указанным факторам, а также высоким значениям удельного сопротивле­ния и диэлектрической проницаемости, существенно усложняют механизм измене­ния магнитных свойств ЭМПФГ в коронном разряде. Поэтому, основное внимание в настоящей главе было уделено изучению структуры и свойств гранатовых пленок в процессе короноэлектретирования в отрицательном коронном разряде.

Установлено, что при воздействии ОКР даже в течение короткого времени на поверхности ЭМПФГ адсорбируется значительный по величине электрический за­ряд. Такой заряд создает в объеме пленки электрическое поле напряженностью по­рядка 106 – 107 в/м. Под действием электрического поля такой величины в пленках могут протекать процессы перестройки собственных дефектов, диффузия катионов и анионов. Основанием для таких предположений послужили результаты мессбау­эровских исследований тонких монокристаллов Y3Fe5O12 непосредственно в рабо­тающем ОКР. Такие исследования позволили установить, что коэффициент диффу­зии ионов в поле поверхностного заряда на несколько порядков превышает значе­ния, свойственные термической диффузии ионов железа в ферритах-гранатах. Для интерпретации механизма миграции ионов и дефектов были выполнены исследова­ния параметров сверхтонкой структуры ЯГР – спектров Y3Fe5O12. Появление в ЯГР – спектрах дополнительных секстиплетов с параметрами = 0,07±0,08 мм/с и = 1,02±0,06 мм, характерными для ионов железа с валентностью выше +3, свидетель­ствует об увеличении концентрации катионных вакансий, перезарядке существую­щих дефектов и значительных локальных деформациях кристаллической решетки. Перечисленные эффекты были обнаружены и при изучении методом ТСТП энерге­тических спектров дефектов, индуцированных в ЭМПФГ коронным разрядом.

На рис. 9 представлены кинетические зависимости магнитных характеристик ЭМПФГ (YSmLuCa)3(FeGe5)O12 при обработке в ОКР. На рис. 10 представлены пет-ли гистерезиса ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристаллографической ориентации (210) при обработке в отрицательной короне, а на рис. 11 - кинетические зависимос-ти основных параметров петли гистерезиса этой же пленки (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 при обработке в отрицательной короне. Следует отметить, что обработка в ОКР гра­натовых магнитных пленок приводит к сильному изменению формы их петель гис­терезиса. Начиная с 3-3,5 часов обработки, петля приобретает форму прямоуголь­ной, при этом коэффициент прямоугольности =0,56-0,58, коэффициент квадратно­сти =0,56-0,60. При 7-8 часах обработки достигает значения 0,70-0,72 (увеличи­вается на 24-25%) и дальнейшая обработка не приводит к его изменению. Угол на­клона кривой намагничивания монотонно увеличивается и, начиная с 32 часов, выходит на насыщение. Длина lAB ограниченного петлей гистерезиса отрезка AB прямой наклона кривой намагничивания с течением времени обработки умень-

 Кинетические зависимости магнитных характеристик ЭМПФГ -37

 Кинетические зависимости магнитных характеристик ЭМПФГ -38

Рис. 9. Кинетические зависимости магнитных характеристик ЭМПФГ

(YSmLuCa)3(FeGe5)O12 при обработке в отрицательной короне

 Петли гистерезиса ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристаллографичес- -40

Рис. 10. Петли гистерезиса ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристаллографичес-

кой ориентации (210) при обработке в отрицательной короне в течение

0 час (а), 2 час (б), 7,5 час (в), 76 час (г). Ток короны Ik =150 мкА.

 Изменение параметров петли ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристал--41

 Изменение параметров петли ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристал--42

Рис. 11. Изменение параметров петли ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 кристал- лографической ориентации (210) при обработке в отрицательной короне

а). коэрцитивная сила Hc, угол наклона кривой намагничивания образца и длина

lAB ограниченного петлей отрезка AB прямой наклона кривой намагничивания

б). коэффициенты квадратности и асимметрии KAS петли

шается по линейному закону (рис. 11, а); максимальное уменьшение длины 14-15%. Более сложный вид имеют зависимости от времени обработки в «короне» коэффи-циентов квадратности и асимметрии KAS петли (рис. 11, б). Так, для графика KAS= f(tобр) характерно наличие двух максимумов, что говорит о сложном изменении ор­торомбической анизотропии при обработке. График зависимости = f(tобр) (рис. 11, б) имеет вид латинской литеры «N». Следует отметить, что такой вид имеют кине­тические зависимости большей части характеристик феррогранатовых гетеро-ком­позиций, в частности, также Hk, ширины линии ФМР 2H и H0. Такая же зависи­мость была получена нами и для импульсного порогового поля переключения ячеек магнитооптического управляемого транспаранта. Обращает внимание и эффект «ги­гантского» увеличения коэрцитивной силы ЭМПФГ: в 6-8 раз, для некоторых пле­нок – в 8-12 раз. Следует отметить, что для тонких поликристаллических гранато­вых магнитных пленок, а также для тонких ЭМПФГ, обладающих интенсивными трещинами, был замечен рост Hc почти в 200 раз.

С целью установления природы наблюдаемых изменений магнитных характе­ристик ЭМПФГ под воздействием ОКР, в работе было проведено детальное изуче­ние изменения величины и знака поверхностного заряда объектов исследования в процессе обработки в короне. Было установлено, что при обработке в ОКР на по­верхности пленок накапливается существенный по величине заряд, зависимость ко­торого от времени обработки также имеет вид латинской литеры «N». На начальных стадиях обработки происходит инжекция отрицательного заряда в поверхностные слои пленки. То есть, на поверхности пленки образуется гомоза-ряд, величина кото­рого интенсивно растет с течением времени обработки и достигает насыщения. В электрическом поле гомозаряда интенсивно формируется гетероза­ряд. С ростом величины гетерозаряда поверхностная плотность заряда пленки уменьшается (так как гомозаряд и гетерозаряд –противоположны по знаку) и при достижении гетеро-зарядом величины гомозаряда становится равной нулю. В дальнейшем происходит рост величины гетерозаряда и достижение его значением насыщения. Максимальная поверхностная плотность заряда (как отрицательного в случае гомозаряда, так и положительного в случае гетерозаряда) составляла (1-2)10-9 Кл/см-2. Таким образом, наблюдаемые изменения основных магнитных характеристик пленок при обработке в отрицательной короне обусловлены магнитоэлектрическим эффектом, возникаю-щим вследствие формирования в ЭМПФГ короноэлектретного состояния. Гигантс-кий рост Hc при короноэлектретировании обусловлен фиксацией движущейся до-менной стенки на поляризационных зарядах и заряженных дефектах. Характерно, что короноэлектретное состояние объектов исследования приводит не только к изменению ряда магнитных характеристик ЭМПФГ, но и, например, к сдвигу всего спектра ФМР (рис. 12).

 Спектры ФМР в ЭМПФГ Y3Fe5O12 после обработки в отрицательном-44

Рис. 12. Спектры ФМР в ЭМПФГ Y3Fe5O12 после обработки в отрицательном коронном разряде в течение (час): 1-0; 2- 15-20 (на поверхности ЭМПФГ гомозаряд) ; 3- 40 (на поверхности ЭМПФГ гетерозаряд)

Наиболее существенных изменений при этом претерпевают ширина линии ФМР 2Н (в 2-4 раза) (рис. 13) и поле магнитной анизотропии (на 20-25%).

Наблюдаемый сдвиг спектров ФМР коррелирует с изменением ширины линии ФМР, изменением плотности поверхностного заряда и сдвигом края фундаменталь­ного поглощения пленок. Для ЭМПФГ Y3Fe5O12 толщиной 5-7 мкм был обнаружен максимальный сдвиг края фундаментального поглощения на величину = 50-70. Гигантский сдвиг всего оптического спектра ( = 2-10 нм) был обнаружен для тонких пластин РЗГГ. В качестве примера, на рис. 14 представлен сдвиг спектра оп­тического пропускания для тонкой пластины Gd3Ga5O12 при ее обработке в отрица­тельной короне. Настоящий результат наряду с представленным выше результатом сдвига всего спектра ФМР магнитной гранатовой пленки могут найти применение для построения магнитных и оптических вентилей, фильтров и т.п.


 Зависимость ширины линии ФМР для ЭМПФГ Y3Fe5O12 от времени обработки-46

Рис. 13. Зависимость ширины линии ФМР для ЭМПФГ Y3Fe5O12 от времени обработки в отрицательном коронном разряде

Следует отметить, что одновременное существование в феррогранатовых ге­терокомпозициях на определенных стадиях короноэлектретирования гомо- и гетеро­заряда было подтверждено и спектрами ТСТП КЗ объектов исследования.

В качестве примера, на рис. 15 представлен спектр ТСТП КЗ гранатовой магнитной пленки (YPrLuBi)3(FeGa)5O12, выращенной на подложке (GdCa)3(GaMgZr)5O12 кри­сталлографической ориентации (210). В работе приведены значения рассчитанных по полученным спектрам ТСТП КЗ параметров локальных центров, служащих ло­вушками зарядов.

Таким образом, в работе впервые показана возможность формирования в феррогранатовых гетерокомпозициях разных составов путем обработки в отрица­тельном коронном разряде стабильного электретного состояния, приводящего к из­менению всего комплекса физических свойств и эксплуатационных параметров. Данные результаты дают предпосылки для создания целого класса приборов микро- и наноэлектроники, основанных на управлении магнитными характеристиками тон­ких магнитодиэлектрических слоев и частиц путем изменения их электретного со­стояния.

 Спектры оптического пропускания Gd3Ga5O12 после обработки в-47

 Спектры оптического пропускания Gd3Ga5O12 после обработки в-48

Рис. 14. Спектры оптического пропускания Gd3Ga5O12 после обработки в от­рицательном коронном разряде в течение (час): а- 0, б- 10 (на поверхности пла­стины - гомозаряд), в- 40 (на поверхности пластины гетерозаряд)

Для оценки влияния электрического поля адсорбированных ионов, на пара­метры пленки зависящие от частоты электронного обмена(электропроводность, кон­станта кристаллографической анизотропии) была использована авторская математи­ческая модель базирующаяся на влиянии электрического поля на высоту потенци­ального барьера для электронных переходов между разновалентными ионами.

Вероятность перехода феррит-гранатовой пленки в заданное состояние опреде­ляли с помощью уравнения:

, (4)

где - функция, описывающая стояние системы, хi – концентрации разновалент­ных ионов (n1, n2).

 Спектр ТСТП КЗ ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 после 10 часов-51

 Спектр ТСТП КЗ ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 после 10 часов-52


Рис. 15. Спектр ТСТП КЗ ЭМПФГ (YPrLuBi)3(FeGa)5O12 после 10 часов обра-ботки в отрицательном коронном разряде

подложка (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (210) ; толщина пленки h=7,75 мкм; Ik = 150 мкА

При малых флуктуационных отклонениях n1 и n2 от средних значений и учете дис­кретности процесса обмена валентностями была получена система уравнений для функции, описывающей переход пленки из состояния х0 в состояние хi в виде:

(5)

Решение уравнений описывающих кинетику изменения концентрации разновалент­ных ионов в условиях термодинамического равновесия позволили получить следующее выражение для изменения числа электронных переходов в единице пленки:

n = n0- n2(n0- a)= (6)

Учитывая, что коэффициент электропроводности связан с частотой электронного обмена соотношением Энштейна:

(7)

где

– 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:

Еа = Е +u (8)

отсюда (9)

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 = 8107 Гр проводят непрерывно; б). по достижении Dп = 8107 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-2с-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.

 Схема установки для обработки МО-диска в отрицательном коронном-59

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.

  1. 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.
  2. Впервые установлена роль ионов Са2+ в формировании магнитных свойств феррит-гранатовых пленок и оптических свойств редкоземельных галлиевых гранатов. Выяснена роль кислородных вакансий и определена энергетическая структура их глубоких уровней в зависимости от ионного окружения в ближайших координационных сферах.
  3. Проведены комплексные экспериментальные исследования структуры и свойств феррит-гранатовых пленок и кристаллов галлиевых гранатов после воздействия – облучения, быстрых электронов и коронного разряда, позво­лившие установить структуру наводимых радиационных дефектов и меха­низмы их образования. Показано, что наблюдаемые радиационностимулиро­ванные изменения структуры и свойств ЭМПФГ и РЗГГ, содержащих сверхстехиометрические («паразитные») ионы Са2+ обусловлены изменением зарядового состояния кислородных вакансий и генерацией дырочных центров О-, а изме­нения при обработке в коронном разряде – формированием в объектах иссле­дования электретного состояния с проявлением гомо- и гетерозаряда.
  4. Разработаны экспресс-методы контроля и отбраковки кристаллов-подложек галлиевых гранатов, а также монокристаллических кристаллов и пленок ферритов-гранатов для высокодобротных устройств магнитооптики и СВЧ-электроники. Разработаны оптические неразрушающие методы определения концентрации ионов свинца и туллия в монокристаллических ферритах-гранатах.
  5. Впервые обнаружен гигантский рост коэрцитивной силы феррит-гранато­вых гетерокомпозиций при их обработке в униполярном коронном разряде. Показана возможность реализации электретного состояния и его влияния на параметры доменной структуры. Изучена роль гигантского магнитоэлектриче­ского эффекта в формировании магнитных свойств феррит-гранатовых пле­нок.
  6. Разработаны физические основы записи информации с использованием элек­третного эффекта в тонких диэлектрических магнитных слоях. Разработаны магнитооптический диск для записи, хранения и воспроизве-дения информации и способ его изготовления, а также магнитооптический материал нового типа.
  7. Предложены методы управляемого воздействия на эксплуатационные пара­метры феррит-гранатовых пленок, основанные на влиянии электронного и – облучения на дефектную структуру, распределение и спиновое состояние ка­тионов, локальную деформацию кристаллической решетки, вследствие ин­жекции зарядов в поверхностные слои пленок и формирования короноэлек­третного состояния.
  8. На примере феррит-гранатовых гетерокомпозиций заложены и раз­виты физические основы нового научного направления, - «электретные свойства магнитных диэлектрических слоев и частиц», дающего предпо­сылки создания целого класса приборов микро- и наноэлектроники, ос­нованных на управлении магнитными характеристиками слоя путем из­менения его электретного состояния.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:


Монографии:

  1. Костишин В.Г. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники/ Л.М. Летюк, В.Г. Костишин, А.В. Гончар. – М.: МИСиС, 2005. – 352 с.
  2. Костишин В.Г. Тонкопленочные магнитные электреты./ Костишин В.Г., Шипко М.Н. – Иваново: ИГЭУ, 2009. – 195 с.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

  1. Костишин В.Г. и др. Эффект изменения диаметра ЦМД при адсорбции отрицательных ионов кислорода на поверхности феррит-гранатовых пленок / В.Г. Костишин, М.Н. Шипко, В.Х. Костюк, Е.Я. Подтяжкин // Журнал технической физики. – 1986. – Т. 56, №1. – С. 201–203.
  2. Костишин В.Г. и др. Влияние коронного разряда на энергетический спектр глубоких уровней захвата в феррит-гранатовых пленках / В.Г. Костишин, В.Х. Костюк, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко // Электронная техника. – Сер. Материалы. – 1987. – Вып. 4. – С. 32–34.
  3. Костишин В.Г. и др. Исследование активных центров в феррит-гранатовых пленках с цилиндрическими магнитными доменами методом термостимулированных токов / В.Х. Костюк, В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.Я. Подтяжкин, М.Н. Шипко // Укр. Физ. Журн. – 1988. – Т. 33, № 2. – С. 261–263.
  4. Костишин В.Г. Влияние обработки в коронном разряде на параметры ячеистых структур для магнитооптического транспаратнта / А.Н. Ануфриев, В.Г. Костишин // Письма в ЖТФ. – 1989. – Т.15. – Вып. 13. – С.1–5.
  5. Костишин В.Г. Влияние обработки в коронном разряде на форму петли гистерезиса эпитаксиальных пленок Bi-содержащих ферритов-гранатов / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк // Журнал технической физики. – 1995. – Т. 65. – Вып. 7. – С. 179–183.
  6. Костишин В.Г. и др Влияние технологических факторов на образование генетических и радиационных дефектов в эпитаксиальных феррит-гранатовых пленках (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, В.А. Мызина, С.Х. Батынов, В.В. Медведь // Известия вузов. Цветная металлургия. – 1996. – № 4. – С. 61–66.
  7. Костишин В.Г. и др. Радиационно-стимулированные изменения структуры и свойств эпитаксиальных монокристаллических пленок ферритов-гранатов (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А. Ладыгин, А.М. Мусалитин, Л.И. Лабед, В.И. Бузанов // Известия вузов. Электроника. – 1996. – № 1–2. – С. 17–24.
  8. Костишин В.Г. Радиационный контроль кристаллов-подложек для эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, О.Е. Бугакова // Физика и химия обработки материалов. – 1996. – № 3. – С. 5–7.
  9. Kostishyn V.G. Hard bubble suppression in (Ca, Ge)-substituted magnetic epigarnets by high-dose gamma-irradiation / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, A.G. Kirpenko, A.T. Morchenko, M.N. Shipko // J. Magn. and Magnet. Mater. – 1996. – V. 160. – Р. 365–366.
  10. Kostishyn V.G. Mssbauer conversive spectroscopy of radiation defects in gamma – irradiated magnetic garnets / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shipko, V.D. Fedoriv // J. Magn. and Magn. Mater. – 1996. – V. 160. – P. 361–362.
  11. Kostishyn V.G. Effect of Corona Discharge of Low Energy Jons on Structure and Properties of Magnetoelectronic Materials / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shipko // JEEE Transactions on Magnetics. – 1996. – V. 32, № 2. – P. 552–554.
  12. Kostishyn V.G. Infuence of corona discharge on tye hysteresis loop of magnetic garnet films / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shipko, A.G. Kirpenko // J. Magn. and Magnet. Mater. – 1996. – V. 160. – P. 363–364.
  13. Костишин В.Г. и др. Радиационные центры окраски в монокристаллах Gd2.6Ca0.4Mg0.25Zr0.65Ga4.1O12.В.Г / Костишин, Л.М. Летюк, О.Е. Бугакова, Е.Р. Сендерзон // Неорганические материалы. – 1997. – Т. 33, №7 C. 853-857.
  14. Kostishyn V.G. The Role of Technological Factors (Parameters of LPE) in Defect Generation and Formation of Properties of Magnetic Bubble Materials // V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, V.V. Medved, A.T. Morchenko, V.A. Myzina // J. PHYS IV FRANCE 7. – 1997. – P. C1-757 - C1-758.
  15. Костишин В.Г. Влияние температуры роста на структуру и некоторые свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк // Неорганические материалы. – 1999. – Т. 35, № 2. – С. 222–226.
  16. Костишин В.Г. и др. Радиационно-стимулированные изменения магнитных свойств эпитаксиальных структур Bi – содержащих гранатов / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А. Зотова, Е.А. Ладыгин, А.М. Мусалитин, Е.В. Макаревская // Материалы электронной техники. – 1999. – №1. – С. 45–48.
  17. Костишин В.Г. и др. Мессбауэровская спектроскопия и некоторые оптические свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 с различным содержанием ионов Pb / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко // Материалы электронной техники. – 2000. – №1. – С. 42–47.
  18. Kostishyn V.G. Magnetic microstructure and properties of Y3Fe5O12 epitaxial films witn the various contents of Pb ions / V.G. Kostishyn, V.V. Medved, L.M. Letyuk / J. Magn. and Magn. Mater. – 2000. – V. 215–216. – P. 519–521.
  19. Костишин В.Г. Явления электропереноса в кристаллах Gd2.6Ca0.4Mg0.25Zr0.65Ga4.1O12 / В.Н.Шевчук, В.Г. Костишин, О.Е. Бугакова // Неорганические материалы. – 2000. – Т. 36, № 11. –С. 1369–1373.
  20. Костишин В.Г. и др. Способ оценки влияния вакансий и неизовалентных замещений в анионной подрешетке на структурные и магнитные характеристики феррогранатов / А.А. Ляпин, М.Ф. Булатов, В.К. Карпасюк, В.Г. Костишин // Изв. Вузов. Материалы электронной техники. – 2001. – № 3. – С. 28–31.
  21. Kostishyn V.G. Use of corona electret state in Bi-containing ferrite-garnet heterokompositions for thermomagnetic data recording / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk // J. of Magn. and Magn. Mater. – 2003. – V. 254–255. – P. 556–558.
  22. Kostishyn V.G. Role of Сa2+ ions uncompensated with isovalent ions in the formation of magnetic properties in (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 epitaxial films / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk // J. of Magn. and Magn. Mater. – 2003. – V. 254–255. – P. 559–561.
  23. Костишин В.Г. Влияние замещения ионов кобальта в ферритах типа Co2W на температуру Нееля и температуру магнитного фазового перехода «плоскость – ось легкого намагничивания» / Л.А. Башкиров, В.Г. Костишин, Л.Я. Крисько // Перспективные материалы. – 2008. – № 5. – С. 66–70.

Учебники:

  1. Костишин В.Г. Физика магнитных явлений в твердых телах, т. 1. / [В.Г. Костишин и др.] ; Учебник для вузов. – Техас : Изд-во ТиАй, США, 1995. – 286 с.
  2. Костишин В.Г. Физика магнитных явлений в твердых телах, т. 2 / [В.Г. Костишин и др.] ; Учебник для вузов. – Техас : Изд-во СССС, США, 1996. – 212 с.



Публикации в других изданиях:

  1. Костишин В.Г. Электрофизические и оптические свойства феррит-гранатовых плёнок для микроэлектронных устройств / А.Н. Ануфриев, В.Г. Костишин, М.Н. Шипко // Тез. докл. Всес. науч. конф. «Состояние и перспективы развития микроэлектронной техники». – Минск. – 1985. – С.53.
  2. Костишин В.Г. Влияние адсорбированных отрицательных ионов кислорода на эксплуатационные характеристики феррит-гранатовых пленок с цилиндрическими магнитными доменами / В.Г. Костишин // Тез. докл. 9-й науч.-техн. конф. молодых специалистов по вопросам производства и применения ферритов. – Ленинград. – 1987. – С. 5–6.
  3. Костишин В.Г. и др. Влияние условий роста на состав и свойства переходных слоёв в эпитаксиальных плёнках ЖИГ / Л.М. Летюк, П.С. Костюк, С.И. Хомин, П.Н. Грещук, В.Г. Костишин // Тез. докл. XII Всесоюзной науч. конф. по микроэлектронике «Новые магнитные материалы микроэлектроники». – Тбилиси. – 1987. – С. 37.
  4. А.С. № 1366872 СССР Емкостной датчик для измерения толщины напыляемой пленки / Ж.Г. Юхимюк, В.Г. Костишин, Б.П. Коман / № 1366872 СССР. – 15.01.1988, Бюлл. № 2.
  5. Костишин В.Г. и др. Кристаллохимические превращения и изменения механизмов зарядовой компенсации в эпитаксиальных феррогранатах под воздействием коронного разряда / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко, В.Х. Костюк, Д.Г. Крутогин // Тез. докл. VI Всесоюзного совещания по термодинамике и технологии ферритов. – Ивано-Франковск. – 1988. – С. 58.
  6. Костишин В.Г. и др. Изменение физических параметров материалов-носителей ЦМД под воздействием униполярного коронного разряда / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Н. Ануфриев, П.С. Костюк, В.Х. Костюк, А.Т. Морченко, И.И. Чулков, М.Н. Шипко // Тез. докл. XI Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники». – Ташкент. – 1988. – С. 17.
  7. Костишин В.Г. и др. Энергетический спектр активных центров в феррит-гранатовых плёнках с ЦМД и его изменение, индуцированное отрицательным коронным разрядом / В.Г. Костишин, В.Х. Костюк, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко // Тез. докл. XVIII Всесоюзной конф. по физике магнитных явлений. – Калинин. – 1988. – С. 993.
  8. Костишин В.Г. и др. Низкотемпературная миграция ионов в монокристалле феррита-граната иттрия, индуцированная коронным разрядом // Сб. тр. исследования в области технологии и металлургии редких металлов / М.Н. Шипко, В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, О.А. Бузанов, В.Х. Костюк. – Москва. – 1988, С. 78–83.
  9. А.С. СССР № 1612917 Устройство для получения униполярного коронного разряда / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Н. Ануфриев, В.Х. Костюк, П.С. Костюк, М.Н. Шипко, Р.А. Ладанай / СССР № 1612917. – 08.08.1990.
  10. Костишин В.Г. Зарядовая компенсация гранатов при радиационном воздействии / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Т. Морченко // Всесоюзная конф. «Современные проблемы физики и её приложений». – Москва. – 1990. – С. 22.
  11. Костишин В.Г. и др. Модифицирование свойств эпитаксиальных ферритов-гранатов под воздействием -облучения и коронного разряда / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Т. Морченко, М.Н. Шипко // Тез. докл. XII Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Часть 1. – Новгород. – 1990. – С. 28.
  12. Костишин В.Г. Волновые осцилляции лабиринтных доменов в эпитаксиальных Bi-содержащих феррит-гранатовых плёнках при накачке последовательностью прямоугольных импульсов магнитного поля / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Т. Морченко // Тез. докл. XII Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Часть 1. – Новгород. – 1990. – С. 64.
  13. Костишин В.Г. и др. Изменения параметров эпитаксиальных ферритов-гранатов при радиационном и ионном воздействиях / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Т. Морченко, М.Н. Шипко // Тез. докл. I Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технологии композиционных материалов и радиокомпонентов в микроэлектронных информационных системах». – Ялта. – 1990. – С. 75.
  14. Костишин В.Г. и др. Радиоспектрометрические методики контроля и диагностики материалов современной радиоэлектоники / А.Ю. Кожухарь, В.Г. Костишин, П.С. Костюк, И.В. Коваль // Тез. докл. I Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технологии композиционных материалов и радиокомпонентов в микроэлектронных информационных системах». – Ялта, 1990. – С. 50.
  15. А.С. СССР № 1655137 Устройство для жидкофазной эпитаксии феррит-гранатовых пленок / Р.А. Ладанай, В.Г. Костишин / СССР № 1655137. – 08.02.1991.
  16. А.С. СССР № 1658678 Способ обработки эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок / В.Г. Костишин, В.Х. Костюк, Л.М. Летюк, А.Г. Морченко, М.Н. Шипко / СССР № 1658678. – 22.02.1991.
  17. А.С. СССР № 1642410 Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок / А.Н. Ануфриев, М.Н. Титов, В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Ю. Кожухарь / СССР № 1642410. – 15.04.1991. – Бюлл. № 14.
  18. Костишин В.Г. и др. Образование стоячих волн при изгибных колебаниях в системе полосовых магнитных доменов / А.Т. Морченко, В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, М.В. Фёдорова // Тез. докл. XIII Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные плёнки)», Часть 1. – Астрахань. – 1992. – С. 168.
  19. Костишин В.Г. и др. Радиационные центры окраски в монокристаллических пластинах-подложках для устройств магнитооптики / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, О.Е. Бугакова, Е.Р. Сендерзон // Тез. докл. XIII Всесоюзной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные плёнки)», Часть 2. – Астрахань. 1992. – С. 50.
  20. Патент РФ № 2050654 Устройство для получения униполярного коронного разряда / В.Г Костишин, Л.М. Летюк, Е.Ю. Ведяшкин / Патент РФ № 2050654. – 20.12.1995. – Бюлл. № 35.
  21. Kostishyn V.G. Mssbauer conversive spectroscopy of radiation defects in gamma-irradiated magnetic garnets / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shypko, V.D. Fedoriv // Abstracts. Soft Magnetic Materials Conference (SMM 12). – Cracow. – 1995. – P. 145.
  22. Kostishyn V.G. Influence of corona discharge on hysteresis loop of magnetic garnet films / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shypko, A.G. Kirpenko // Abstracts. Soft Magnetic Materials Conference (SMM 12). – Cracow. – 1995. – P. 146.
  23. Kostishyn V.G. Influence of molar parameter R5 on properties and defect structure of magnetic garnet films (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, V.A. Myzina, S.N. Batygov, M.N. Shypko // Abstracts. Soft Magnetic Materials Conference (SMM 12). – Cracow. – 1995. – P. 146.
  24. Kostishyn V.G. Hard bubble suppression in (Ca-Ge)-substituted magnetic epigarnets by high-dosage gamma-irradiation / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, A.G. Kirpenko, A.T. Morchenko, M.N. Shypko // Abstracts. Soft Magnetic Materials Conference (SMM 12). – Cracow. – 1995. – P. 147.
  25. Костишин В.Г. и др. Мессбауэровская спектроскопия радиационных дефектов в гамма-облученных эпитаксиальных ферритов-гранатах / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко, В.Д. Федорив // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 1. – Ивано-Франковск. – 1995. – С. 109
  26. Kostishyn V.G. Radiation control of crystal substrates for epitaxial ferrite-garnet films / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, O.E. Bugakova // Abstracts of the Advanced Materials and Processes. Third Russian-Chinese Simposium. – Kaluga. – 1995. – P. 116.
  27. Kostishyn V.G. The origin of radiation defects in gamma-irradiated epitaxial magnetic garnet films of (CaGe)-system / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shypko, V.D. Fedoriv // Abstracts of the Advanced Materials and Processes. Third Russian-Chinese Simposium. – Kaluga. – 1995. – P. 117.
  28. Kostishyn V.G. The use of gamma-irradiation for hard bubble suppression in epitaxial magnetic garnet films (CaGe)-system / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, A.G. Kirpenko, A.T. Morchenko, M.N. Shypko // Abstracts of the Advanced Materials and Processes. Third Russian-Chinese Simposium. – Kaluga. – 1995. – P. 118.
  29. Kostishyn V.G. The relation between defect structure and properties of (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 magnetic garnet films and molar parameters R5 / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, V.A. Myzina, S.N. Batygov // Abstracts of the Advanced Materials and Processes. Third Russian-Chinese Simposium. – Kaluga. – 1995. – P. 119.
  30. Kostishyn V.G. Influence of corona discharge on hysteresis loop of magnetic garnet films / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, M.N. Shypko, A.G. Kirpenko // Abstracts of the Advanced Materials and Processes. Third Russian-Chinese Simposium. – Kaluga. – 1995. – P. 120.
  31. Костишин В.Г. и др. Исследование радиационной стойкости подложек для феррит-гранатовых плёнок / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, О.Е. Бугакова, Е.А. Ладыгин // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 1. – Ивано-Франковск, – 1995. – С. 143.
  32. Костишин В.Г. и др. Влияние молярного параметра R5 на свойства и дефектность феррит-гранатовых плёнок (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, В.А. Мызина, С.Х. Батыгов // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 1. – Ивано-Франковск. – 1995. – С. 144.
  33. Костишин В.Г. и др. Подавление жестких цилиндрических магнитных доменов в эпитаксиальных ферритах-гранатах (CaGe) – системы при гамма-облучении / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Г. Кирпенко, А.Т. Морченко, М.Н. Шипко // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 1. – Ивано-Франковск. – 1995. – С. 145.
  34. Костишин В.Г Эффект стоячих волн в системе лабиринтных магнитных доменов / А.Т. Морченко, В.Г. Костишин, Л.М. Летюк // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 2. – Ивано-Франковск. – 1995. – С. 224.
  35. Костишин В.Г. и др. Изменение формы и параметров петли гистерезиса плёнок Bi-содержащих ферритов-гранатов при обработке в коронном разряде / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко, А.Г. Кирпенко // Материалы V Межд. конф. по физике и технологии тонких плёнок, Часть 2. – Ивано-Франковск. – 1995. – С. 225.
  36. Костишин В.Г. и др. Роль технологических факторов (параметров эпитаксиального роста) в дефектообразовании и формировании свойств материалов-носителей цилиндрических магнитных доменов / В.Г. Костишин, Медведь В.В., А.Т. Морченко, Л.М. Летюк // Тез. докл. Российской науч.-техн. конф. «Новые материалы и технологии». – Москва. – 1995. – С. 161.
  37. Kostishyn V. Growth and properties of epitaxial yttrium-iron garnet films on disalignment substrates / A. Morchenko, V. Kostishyn, L. Letyuk, V. Medved’, Yu. Samokhvalov // Materials of European Conference “Physics of magnetism 96”. – Pozna. – 1996. – P. 127.
  38. Костишин В.Г. и др. Радиационная стойкость к -квантам Со60 материалов-носителей ЦМД / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А. Ладыгин, А.М. Мусалитин // Тез. докл. VI Межнационального совещания «Радиационная физика твёрдого тела». – Севастополь. – 1996. – С. 91.
  39. Kostishyn V.G. The role of technological factors (parameters of LPE) in defect generation and formation of properties of magnetic bubble materials / V.G. Kostishyn, L.M. Letyuk, V.V. Medved’, A.T. Morchenko // Abstracts. International conference on ferrites. – Bordeaux. – 1996. – P. 445.
  40. Патент РФ № 2072005 Материал стойкий к потокам – квантов / В.Г. Костишин, И.И. Чуков, Л.М. Летюк / Патент РФ № 2072005. – 20.01.1997. – Бюлл. № 2.
  41. Патент РФ № 2073934 Способ обработки эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок. В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, А.Т. Морченко, А.Г. Кирненко, М.Н. Шипко / Патент РФ № 2073934. – 20.02.1997. – Бюлл. № 5.
  42. Патент РФ № 2093922 Оптический способ контроля качества кристаллов со структурой граната / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А, О.Е. Бугакова, Е.А. Ладыгин, А.М. Мусалитин / Патент РФ № 2093922. – 20.10.1997. – Бюлл. № 29.
  43. Патент РФ № 2081949 Способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А, О.А. Бузанов, О.Е. Бугакова / Патент РФ № 2081949. – 20.06. 1997. – Бюл. № 17.
  44. Костишин В.Г. Мессбауэровская спектроскопия и некоторые оптические свойства эпитаксиальных плёнок Y3Fe5O12 для СВЧ-техники / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк // Материалы науч.-техн. конф. «Новые материалы и технологии в машиностроении и приборостроении». – Пенза. –1997. – С. 49.
  45. Костишин В.Г. Нестехиометрия эпитаксиальных плёнок Y3Fe5O12 с различным содержанием ионов свинца / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк // Тез. докл. Второго российского симпозиума «Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкоплёночных структур». – Обнинск. – 1997. – С. 80.
  46. Костишин В.Г. и др. Рентгеноструктурные исследования радиационно-стимулированных изменений в эпитаксиальных пленках Bi-содержащих гранатов // В сб. тр. Нац. конф. по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ ' 97), т. 1 / В.Г. Костишин, В.В.Воронов, Е.А. Зотова, Л.М. Летюк, Е.А. Ладыгин. – Дубна-Москва. – 1997. – С. 166-171.
  47. Патент РФ № 2150768 Способ обработки магнитооптических управляемых транспарантов на основе эпитаксиальных пленок (Bi,Ga)-содержащих ферритов-гранатов / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Ладыгин Е.А., Зотова Е.А. / Патент РФ № 2150768. – 10.06.2000. – Бюлл. № 16.
  48. Патент РФ № 2157576 Оптический способ контроля качества монокристаллических ферритов-гранатов / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко / Патент РФ № 2157576. – 10.10.2000. – Бюлл. № 28.
  49. Костишин В.Г. Влияние ионов Pb на магнитную микроструктуру и оптические свойства эпитаксиальных плёнок Y3Fe5O12 / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк // Материалы Межд. конф. «Физика электронных материалов». – Калуга. – 2002. – С. 178.
  50. Патент РФ № 2206143 Способ определения концентрации ионов свинца в монокристаллических ферритах-гранатах / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк / Патент РФ № 2206143. – 10.06.2003. – Бюлл. № 116.
  51. Патент РФ № 2210835 Оптический способ контроля редкоземельных примесей в монокристаллических ферритах-гранатах / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк / Патент РФ № 2210835. –20.08.2003. – Бюлл. № 23.
  52. Костишин В.Г. и др Способ обработки магнитооптических управляемых транспарантов на основе эпитаксиальных пленок (Bi,Ga)-содержащих ферритов-гранатов / В.Г. Костишин, Л.М. Летюк, Е.А. Ладыгин, Е.А. Зотова // Труды III Российско-японского семинара «Оборудование и технологии для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов». – МИСиС. – ULVAC Inc. – 2005. – С. 501.
  53. Костишин В.Г. и др. Оптический способ контроля качества монокристаллических ферритов-гранатов / В.Г. Костишин, В.В. Медведь, Л.М. Летюк, М.Н. Шипко // Труды III Российско-японского семинара «Оборудование и технологии для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов». – МИСиС. – ULVAC Inc. – 2005. – С. 501.
  54. Kostishyn V.G. About a Nature of a High-coercivity State in Epitaxial Films of Magnetic Garnets / V.G. Kostishyn, A.T. Morchenko, V.V. Medved’ // Book of Abstracts International Scientific Workshop “Oxide Materials for Electronic Engineering-fabrication, properties and application (OMEE-2009)”. – 2009. – Lviv, Ukraine. – P. 164.
  55. Kostishyn V.G. The Methods of High-coercivity State Induction and Test of Magneto-optical Figure of Merit in Epitaxial Magnetic Garnets Films for Thermomagnetic Recording / V.G. Kostishyn, A.T. Morchenko, V.V. Medved’, O.E. Bugakova // Book of Abstracts International Scientific Workshop “Oxide Materials for Electronic Engineering-fabrication, properties and application (OMEE-2009)”. – 2009. – Lviv, Ukraine. – P. 173.
  56. Kostishyn V.G. The Nature of Radiation Color Centers in Single Crystals Gd2,6Ca0,4Mg0,25Zr0,65Ga4,1O12 / V.G. Kostishyn, V.N. Shevchuk, O.E. Bugakova // Book of Abstracts International Scientific Workshop “Oxide Materials for Electronic Engineering-fabrication, properties and application (OMEE-2009)”. – 2009. – Lviv, Ukraine. – P. 135.




 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.