2. Распыляемые мишени

Для напыления ферромагнитных слоев использовались мишени двух видов:

сплавные и составные. Сплавные мишени Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ готовились плавкой в вакууме с использованием индукционной печи из металлов соответствующего состава. Приготовление навесок сплавов осуществлялось из железа карбонильного особочистого (99,9 %), особочистого кобальта (99,98 %) и аморфного бора (99 %) с весовым содержанием компонентов в соответствии с составом сплава. Расплав соответствующего состава заливался в специально приготовленную керамическую форму в вакууме. Из одной навески сплава выплавлялось две мишени размером 270 70 14мм. Мишень подвергалась шлифовке с двух сторон, припаивалась к охлаждаемому основанию и устанавливалась в позицию распыления. Составная мишень состава Fe-Co-B + SiO₂ представляла собой сплавную мишень состава Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ с закрепленными на ее поверхности пластинами из монокристалла кварца толщиной ~2 мм и шириной ~9 мм (рис. 3), расположенными перпендикулярно продольной оси сплавной мишени.

Рис. 3. Макет составной мишени из сплавного основания состава Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ (1)

с пластинами из монокристаллического кварца (2)

Изменяя расстояние между пластинами кварца, можно было изменять соотношение объемов напыляемых магнитного и диэлектрического слоев, управляя, таким образом, удельным электрическим сопротивлением материала и, следовательно, магнитными свойствами. При напылении сплавов с различной объемной долей двуокиси кремния применяли:

• чистый сплав Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ (без пластин кварца);

• сплав Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ с 9 пластинами кварца, равномерно распределенных на сплавной мишени;

• сплав Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ с 13 пластинами кварца, равномерно распределенных на сплавной мишени;

• сплав Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ с 15 пластинами кварца, равномерно распределенных на сплавной мишени;

• сплав Fе₄₀Сo₄₀В₂₀ с 18 пластинами кварца, равномерно распределенных на сплавной мишени.

3. Напыление ферромагнитного слоя

Для напыления аморфного ферромагнитного сплава Fe-Co-B + SiO₂ использовался ионно-лучевой метод распыления с компенсатором для снятия электрического заряда. В качестве инертного газа использовался аргон чистотой 99.992 %. Во время распыления происходила непрерывная смена аргона в камере за счет напуска через дозирующий вентиль и откачки диффузионным насосом типа Н 2500/350 производительностью 700 л/с. Предварительно рабочая камера откачивалась примерно в течение одного часа до давления не хуже 1 10-⁵ Торр.

В процессе эксплуатации установки экспериментально были определены следующие режимы работы, которые для данной конструкции являлись оптимальными; давление аргона в камере 1,0 10^-3 Торр, ток плазмы - 170 мА при напряжении ~ 3500 В. При данных режимах скорость осаждения аморфного сплава на вращающуюся подложку составляла не менее 0.25 мкм/час.

Прежде чем получать аморфные слои, производилось предварительное распыление мишени в течение 30 минут при закрытой подложке с целью снятия верхнего слоя мишени и осаждения его на экранах и других частях камеры. После окончания предварительного распыления в течение 20-30 минут производилась ионная очистка подложки с применением источника ионного травления и компенсатора, представляющего собой вольфрамовую проволоку диаметром 0.2 мм, раскаленную до температуры, при которой происходит термоэмиссия электронов с ее поверхности. Компенсатор помещался перед подложкой и позволял компенсировать положительный заряд ионов аргона на поверхности подложки. Очистка проводилась в процессе вращения подложкодержателя. Скорость травления поверхности при напряжении на аноде 3.0 кВ, токе плазмы 100 мА и давлении аргона 7,5 10^-4 Торр составляла 0.1 мкм/час. Очистка подложки необходима для улучшения адгезии осаждаемого слоя к подложке. Затем производилось распыление в рабочем режиме получения тонкого ферромагнитного сплава в течение нескольких часов. Толщина напыляемого слоя определялась временем напыления. Путем изменения числа кварцевых пластин на составной мишени Fe-Co-B + SiO₂ можно было управлять соотношением магнитной и диэлектрической составляющих напыляемого сплава. Примерное соотношение объемной доли ферромагнетика Fe-Co-B (V_F) к объемной доле диэлектрика SiO₂ (V_D) можно оценить по формуле

,

где: R_F и R_D - коэффициенты распыления Fe-Co-B и SiO₂ соответственно;

S_F и S_D - площадь распыляемой мишени, занимаемая Fe-Co-B и SiO соответственно;

S - площадь всей мишени (270 70 мм²);

n - число кварцевых пластинок составной мишени;

S - площадь одной кварцевой пластины (9 70 мм²);

L - длина составной мишени (270 мм);

b - ширина кварцевой пластины.

Учитывая, что скорость распыления ферромагнитного сплава примерно в 1.5 раза выше скорости распыления двуокиси кремния, получим что соотношение объёмных долей ферромагнетика и диэлектрика v_F /v_D в напыляемых слоях составляли 3.5; 2 и 1 при числе кварцевых пластин 9, 13 и 18 соответственно.

С учетом вышесказанного, объемная доля ферромагнетика Fe-Co-B при распылении составной мишени Fe-Co-B + SiO₂ составляла:

• 100 % - в случае отсутствия кварцевых пластин;

• ~ 78 % - при 9 кварцевых пластинах;

• ~ 67 % - при 13 кварцевых пластинах;

• ~ 60 % - при 15 кварцевых пластинах;

• ~ 50 % - при 18 кварцевых пластинах на составной мишени.

Электронографические исследования напыленных композиций показали, что все полученные пленки имеют аморфную структуру. На рис. 4 представлена электронограмма одного из составов сплава Fe-Co-B + SiO₂ с объемной долей двуокиси кремния 40 %, которая свидетельствует об отсутствии дальнего порядка в напыленной композиции.