МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)
Физико-технический факультет
Кафедра радиофизики и нанотехнологий
Допустить к защите в ГАК
_____ . _____ . 2014 г.
Заведующий кафедрой
д-р техн. наук, профессор
_______________
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
БАКАЛАВРА
ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СИСТЕМ
Работу выполнил_______________________________
Направление 210600.62 Нанотехнологии
Научный руководитель
канд. хим. наук__________________________________________
Нормоконтролер
канд. хим. наук, доцент _________________________________
Краснодар 2014
Реферат
Дипломная работа 58с., 17 рис., 7 табл., 32 источника.
НАНОТЕХНОЛОГИИ, НАНОПЛЕНКИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА, МАГНЕТРОННОЕ НАПЫЛЕНИЕ, ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ИНДУКТОРЫ, ГИБКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПОДЛОЖКИ.
Объектами исследования дипломной работы являлись тонкопленочные металлические системы и электромагнитные устройства, изготовленные на их основе.
Целью работы являлось получение и исследование некоторых характеристик электромагнитных устройств на основе тонкопленочных металлических систем, напыленных на гибкие полимерные материалы.
В задачи исследования входило изучение электропроводящих свойств тонкопленочных металлических систем, а так же исследование частоты резонанса, индуктивности, емкости и добротности образцов электромагнитных катушек полученных на основе тонкопленочных металлических систем, напыленных на гибкие полимерные материалы.
В результате выполнения работы было обнаружено, что электромагнитные катушки на основе тонкопленочных металлических систем, напыленных на гибкие полимерные материалы, занимают меньшую площадь по сравнению с планарными катушками индуктивности при схожих значениях индуктивности и добротности.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 5 |
| Литературный обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 6 |
| Виды электромагнитных устройств и их применение. . . . . . . . . . . . | 6 |
| Изготовление электромагнитных устройств на основе тонкопленочных систем. Достоинства и недостатки. . . . . . . . . . . . . | 7 |
| Тонкопленочные металлические системы и их свойства. . . . . . . . . . | 11 |
| Способы получения тонкопленочных систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 13 |
| Молекулярно-лучевая эпитаксия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 13 |
| Ионно-лучевое распыление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 15 |
| Термическое вакуумное напыление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 17 |
| Ионно-плазменное распыление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 21 |
| Катодное распыление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 22 |
| Магнетронное распыление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 25 |
| Способы измерения толщины тонких пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 27 |
| Эллипсометрия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 27 |
| Электронная микроскопия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 28 |
| Способы измерения удельного сопротивления тонких пленок. . . . . | 30 |
| Четырехзондовый метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 30 |
| Бесконтактный метод измерения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 32 |
| Экспериментальная часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 33 |
| Получение образцов тонких пленок методом магнетронного напыления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 33 |
| Измерение толщины полученных покрытий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 36 |
| Микроинтерферометр Линника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 36 |
| Растровый электронный микроскоп (РЭМ) . . . . . . . . . . . . . . . . | 37 |
| Измерение удельного сопротивления металлических тонких пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 39 |
| Изготовление катушек индуктивности на основе тонких пленок. . . | 44 |
| Исследование основных параметров полученных устройств. . . . . . | 45 |
| Обсуждение результатов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 49 |
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 55 |
Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 56 |
Введение
Различные электромагнитные устройства, например, катушки индуктивности, трансформаторы связи, имеют широкое распространение в современных приборах и технике. В большинстве случаев они имеют большую массу и занимают много пространства, что не отвечает современным требованиям компоновки электронной техники. В связи с этим в настоящее время ведутся работы по разработке принципиально новых тонкопленочных систем, применимых в различных электромагнитных устройствах. Основу таких систем могут составлять металлические пленки толщиной порядка 100 нм, нанесенные на гибкие подложки. Преимуществом таких систем является то, что их можно сворачивать в цилиндры, наматывать на различные сердечники не используя дополнительные изоляционные материалы. Кроме того, в слоях такой толщины могут проявляются квантовые размерные эффекты. Однако подобные системы в литературе практически не описаны.
В соответствии с этим целью работы было получить и изучить свойства некоторых прототипов электромагнитных устройств на основе тонкопленочных металлических систем на полимерных подложках.
В задачи исследования входило:
- Получить слои металлов (Au, Ag, Al, Cu) толщиной от 50 до 150 нм.
- Изучить изменение электропроводящих свойств указанных металлов в зависимости от толщины.
- Отработать технологию получения электромагнитных устройств на основе полученных образцов.
- Изучить основные электромагнитные свойства (индуктивность, собственную частоту резонанса, электрическую емкость, добротность) в зависимости от ширины проводника и от используемого металла.
1 Литературный обзор
1.1 Виды электромагнитных устройств и их применение
Электромагнитные устройства представляют собой устройства, принцип работы которых основан на взаимодействии магнитного и электрического полей. В более узком смысле это определение применяется для обозначения электромагнитных исполнительных механизмов. Наиболее простейшим электромагнитным устройством является катушка индуктивности. Она лежит в основе большинства электромагнитных приборов – дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электромагнитных реле, электродвигателей, считывающих/записывающих электромагнитных головок, датчиков электромагнитных полей, контурных антеннах и так далее. Электромагнитные индукторы занимают достаточно большое пространство по сравнению с остальными устройствами поверхностного монтажа (SMD), монтируемыми на плату электронного прибора. В большей степени это касается и элементов интегральных схем, так как они представляют собой планарные спиральные катушки, занимающие достаточно большие площади.
Тонкопленочные катушки индуктивности получают с помощью напыления тонкой металлической пленки на диэлектрическую подложку. Катушку выполняют в виде плоской спирали прямоугольной либо круглой формы. На данный момент такие элементы интегральных микросхем занимают площадь, не превышающую 1 мм2, при этом разрешающая способность технологического процесса изготовления устройства определяет максимальное количество витков катушки. При соблюдении оптимального соотношения внутреннего и внешнего диаметров спирали, равного 0,4 и ширине пленки 50 мкм, величина индуктивности не превышает 10 мкГн при добротности в пределах от 80 до 120 [1].
Так же существуют устройства, работа которых основана на явлении изменения сопротивления под воздействием внешнего магнитного поля, в том числе гигантское магнитосопротивление (ГМС) и колоссальное магнитосопротивление (КМС).
Гигантское магнитосопротивление – явление изменения сопротивления тонких металлических пленок, состоящих из чередующихся магнитных и проводящих немагнитных слоев, при изменении взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоев. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина. Основная область применения – устройства записи/считывания в жестких дисках [2].
Колоссальное магнитосопротивление – явление сильного изменения сопротивления образцов полупроводников в зависимости от магнитного поля. Так же как и ГМС несет в основе кватовомеханический эффект взаимодействия магнитного поля со структурой вещества [3].
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
