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 Y3Fe5
O12| № 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 Gd3Ga5
O12 <111>, 10%-е обогащение Fe57В 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
Рис. 1. Зависимость эффективной магнитной анизотропии для ЭМПФГ
(YSmLuCa)3(FeGe5)O12 от молярного параметра R5
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+.
Рис. 3. Характерный мессбауэровский спектр исследованных ЭМПФГ Y3Fe5O12
(на примере пленки КВ-5)
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.
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-
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
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 V
в 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
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-
Рис. 9. Кинетические зависимости магнитных характеристик ЭМПФГ
(YSmLuCa)3(FeGe5)O12 при обработке в отрицательной короне
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.
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).
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.
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.
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).
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.
Рис. 15. Схема установки для обработки МО-диска в отрицательном коронном разряде.
Устройство для обработки включает в себя: 1 – высоковольтный выпрямитель; 2 – коронирующий электрод; 3 – вращающуюся пластину-электрод; 4 – штатив; 5 – магнитооптический диск; 6 – высоковольтные соединительные провода; 7 – микроамперметр; 8 –киловольтметр; 9 – бокс для контроля условий обработки.
ТЕРМОМАГНИТООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. Целью настоящего технического реше-ния является:
1). Расширение функциональных возможностей способа путём его реализации в магнитооптических диэлектрических средах с одноосной анизотропией и низкой коэрцитивной силой.
2). Увеличение вероятности записи информации в точке компенсации.
3). Повышение надежности хранения информации.
Указанная цель достигается тем, что носитель информации обрабатывают при нормальных атмосферных условиях в отрицательном коронном разряде в течение 2 – 15 часов при токе короны 50 – 500 мкА.
На рис. 16 представлена блок-схема устройства для реализации термомагнито-оптического способа записи информации. Устройство включает в себя:
1 – магнитооптический материал (диск), в котором необходимо произвети запись информации; 2- соленоид внешнего магнитного поля; 3-фокусирующий объектив;
4- зеркало; 5 – соленоид привода; 6 – оптический расщепитель; 7- поляризатор;
8 – линзу; 9- дифракционную решетку; 10- полупроводниковый лазер;
11- волновую пластинку; 12- поляризационный расщепитель; 13- цилиндрическую линзу; 14- фотоприемник; 15- высоковольтный выпрямитель; 16- пластину-электрод, являющуюся одновременно дисководом; 17- резиновый слой, покры-вающий пластину-электрод; 18- коронирующий электрод.
Рис. 16. Блок-схема устройства для реализации термомагнитооптического
способа записи информации.
МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. Целью настоящего технического решения являлось создание на базе Bi-содержащей феррогранатовой гетерокомпо-зиции термомагнитооптического материала с высоким значением коэрцитивной силы Hc, а также повышение контраста записи.
В качестве такого материала предлагается эпитаксиальная плёнка
(YBi)3(FeGa)5O12 : Ca 2+ (N Ca 2+ = 0, 1 – 0, 4 форм. ед.), выращенная на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решётки (например: (GdCa)3(GaMgZr)5O12, Ca3(NbLi)2Ga3O12, Ca3(NbMg)2Ga3O12, Ca3(NbGa)5O12).
Предложенный материал имеет коэрцитивную силу ~ (2,5 – 15,0) Э и позволяет получать методом термомагнитной записи высококонтрастные изображения.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
На основе комплексных исследований процессов дефектообразования и их влияния на важнейшие свойства феррит-гранатовых пленок и кристаллов галлиевых гранатов в работе решена поставленная проблема, касающаяся установления механизмов, определяющих специфику изменения магнитных, оптических и электрофизических свойств феррогранатовых гетерокомпозиций при воздействии – квантов, быстрых электронов и отрицательного коронного разряда. В рамках решения этой проблемы в работе получены следующие важные научные и прикладные результаты.
- Разработаны и защищены патентами и авторскими свидетельствами способы модификации и изменения физических свойств феррит-гранатовых пленок и кристаллов галлиевых гранатов, предназначенных для запоминающих устройств, функциональных устройств на МСВ, новых носителей информации, а также для подложек, лазерной техники и ювелирной промышленности.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- Костишин В.Г. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники/ Л.М. Летюк, В.Г. Костишин, А.В. Гончар. – М.: МИСиС, 2005. – 352 с.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- А.С. СССР № 1655137 Устройство для жидкофазной эпитаксии феррит-гранатовых пленок / Р.А. Ладанай, В.Г. Костишин / СССР № 1655137. – 08.02.1991.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
