Тонкие ферромагнитные пленки

Тонкие пленки изготавливают:

1. Испарением магнитного материала в вакууме с последующим осаждением его на поверхности носителя.

2. Методом катодного распыления в атмосфере инертного газа.

В качестве подложки используют чаще всего стекло, иногда аллюминий.

На стекле качество выше.

Для придания пленочным элементам магнитной ориентации подложку помещают между полюсами электромагнита.

Достоинства:

1. Малая длительность переходных процессов (время перемагничивания менее 10нсек), т.е. высокое быстродействие и малое энергопотребление

2. Высокая температурная стабильность (слабая зависимость свойств от температуры)

3. Хорошие условия теплоотвода (большое отношение поверхности пленки к ее объему)

4. Возможность изготовления ЗУ с высокой плотностью элементов

Недостатки:

1. Малый выходной сигнал, что связано с малой толщиной и малыми размерами пленочных элементов

2. Сильная зависимость параметров пленок от технологических факторов, отсюда невысокая воспроизводимость свойств.Расположение атомов в нескольких слоях, ближайших к подложке зависит от качества подложки и ее температуры. Внешняя сторона пленки подвержена действию остаточных газов во время насыщения, а в последствии – воздуха, т.е. может происходить окисление поверхностных слоев. А поскольку пленка тонкая – поверхностные спины составляют значительную часть общего числа спинов. Пленки выполняют из (Fe – Ni), (Fe – Ni – Cо).

Магнитострикционные материалы

Есть чистые металлы, сплавы и ферриты. Ферриты используются в СВЧ устройствах. К этой группе относятся материалы, заметно изменяющие свои размеры при намагничивании, т.е. имеющие большую линейную магнитострикцию λ = ∆ℓ/ ℓ = 10^-5 – 10^-3 (λ может быть положительной и отрицательной).

Обычно используют магнитомягкие материалы с сильной анизотропией магнитных свойств, у которых процесс намагничивания сопровождается значительной деформацией кристаллической решетки.

Наибольшей магнитострикцией обладает сплав платины с железом с платиной. Применение ограничено из-за высокой стоимости.

Наибольшее распространение в качестве магнитострикционных материалов получили:

1. Никель

2. Никель-кобальтовые ферриты

3. Железоаллюминиевый сплав - алфер – используется реже. (Недостаток: трудность прокатки, хрупкость, коррозионность).

Все большее применение находят никелиевые ферриты.

Недостаток – невысокая механическая прочность.

Применение:

1. Генераторы звуковых и ультразвуковых колебаний

2. Магнитострикционные вибраторы используют в технологических установках по обработке ультразвуком хрупких и твердых материалов

3. Магнитные вибраторы используются вместо кварца для стабилизации частоты, в электромеханических фильтрах, в магнитострикционных линиях задержки, применяемых в ЭВМ.

Сплавы с постоянной магнитной проницаемостью.

У большинства магнитомягких материалов проницаемость изменяется в несколько раз уже в области слабых полей.

Иногда в измерительных устройствах, в устройствах автоматики необходимо обеспечить постоянство μ в широком диапазоне изменения внешнего магнитного поля. Это достигается применением сплавов сложной структуры, в которых ферромагнитные домены разделены труднонамагничивающимися прослойками.

Перминвар – сплав железа 25%, никеля 45%, кобальта 30%.

Эти сплавы после специальной термической обработки (отжиг при t=100⁰ С, потом до t=400⁰С - 500⁰С) сохраняют значение µ=300 до напряженности поля 240А/м.

Недостаток: высокая чувствительность к температурным и механическим воздействиям.

Изоперм – сплав железа – 40%, никеля – 40%, меди – 15%, алюминия 5%.

Недостаток: значительно снижается µ=30-80.

Достоинство:

• µ=const до Н=300-400А/м

• высокая стабильность свойств при изменении температуры.

Термомагнитные материалы

Это сплавы с резкой зависимостью магнитной индукции насыщения Внас от температуры.

Применяются для компенсации температурной погрешности в виде шунтов или добавочных магнитных сопротивлений.

Для достижения резкой температурной зависимости используют свойство ферромагнетиков снижать индукцию с ростом температуры около точки Кюри.

В качестве термомагнитных материалов применяют сплавы с точкой Кюри от 0⁰С до 100⁰С

Кальмаллой – сплав никеля с медью.

30% меди t_КЮРИ = +50⁰С

40% меди t_КЮРИ = -20⁰С

Термаллон – сплав железа с никелем – 30%. t_КЮРИ = +60⁰С

Наибольшее техническое применение получили сплавы, никель – 35%, хром – (8% - 13%) остальное железо. Содержание хрома определяет температуру Кюри от70⁰С до 120⁰С (8%Cr)

Преимущества:

1. Полная обратимость свойств при циклических изменениях температуры.

2. Хорошая механическая обрабатываемость

В последнее время начали широко использовать ферриты с низкой температурой Кюри.