Воздействие облучения пучками ионов кислорода на свойства монокристиллических пленок феррит-гранатов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ

На правах рукописи

СТОГН И Й Александр Иванович

УДК 538.975-537.534.9

ВОЗДЕЙСТВИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ПУЧКАМИ ИОНОВ КИСЛОРОДА НА СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ФЕРРИТ-ГРАНАТОВ

(01.04.07 — физика твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск — 1993

. Работа выполнена в лаборатории неметаллических ферромагне-. тиков и отделе твердотельной микроэлектроники Института физики твердого тела я полупроводников АНБ

Научные руководители: старший научный сотрудник, кандидат

физико-математических наук П2СЬ А.П. .

кандидат физико-математических наук

адотавА в.в.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор АНШЩ В Л. (НУ)

, .. . доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник 5ВДСЮК В.М. (Институт физики твердого тела и полу-^ проводников АНБ)

Ведущая организация: кафедра микроэлектроники Чкнского ' . ' радиотехнического института

Защита диссертация состоится ^КЛ^ 1993 года

в часов на заседании специализированного совета Д 006.18.01 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук д^Ьютитуте физики твердого тела и полупроводников АНБ (220У26, г.Минск, ул.П.Бровки, 17).

С диссертацией иогно ознакомиться в библиотеке Института физики твердого тела и полупроводников АНБ.

Автореферат разослан 1593 года

Ученый секретарь специализированного

совета, нанд.физ-.-мат. наук " ' _ А.В.МАЗОБШ

ОКНДЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОГЦ

Актуальность темы» Успзхи, достигнутые в настоящее время в создании элементной базы магнитокикроэлектроникн иа основе моио-кристаляических пленок феррит-граиатов ОШ!Г), во многом обус -ловлены достижениями в исследовании процессов получения пленок и формирования пленочных структур. В результате; были ьпращенч пленки, с высокими оптическими, и'агкитооптическими, ^агнптньг-и и высокочастотными характеристиками.

Основные методом выращивания М1ЭГ является метод жядкофаз-ной • эпитаксии (К4Э), в котоу:п-л требования, предъявляемые к фиэи-- ческим свойствам пленок, удовлетворяются путем подбора состава раствора-расплава и режимов роста. Однако пленки, полученные в процессе "ФЭ, уступают по качеству кристаллической структуру объемным монокристаллам, содержат неоднородные по составу слои. Причины происхождения отмеченных недостатков заключается в фундаментальной проблеме эпитаксии - необходимости согласования свойств кристаллических решеток подлоги и растуцеЯ пленки, в многостадийности процесса Ж2Э, в степени точности поддержания постоянства условий роста.

Данные обстоятельства послужили стимулом для поиска и ис -следований методов послеростового совершенствования свойств МПФГ. В настоящее время накопился значительный материал по применению с этой целью методов ионного облучения. Анализ резуль -татов, полученных в указанном направлении, показывает перепек -тивность использования ионно-лучевого облучения кислородом СИЛОК). Но его реализация в длительных режимах, представляющих наибольший интерес, требует решения задсч по обеспечению ста -бильности параметров ИЯЗКи нейтрализации положительного объемного заряда пучка ионов кислорода. Следует также учитывать, что основу физической картины воздействия МЖ на состояние МПФГ составляют процесс« ионного распыления, дефентообраэования, диффузии, химического взаимодействия внедренных ионов кислорода с атомами мишени, возбуждения и распространения упругих взаимодействий в кристаллической юешетке, протекающие в областях от ангстремных до микронных размеров..Поэтому для получения

еведрний о состояния МПФГ до и после облучений требуется применение экспериментальной методики, включающей такие взаимонеса -висимые и взаимодополняющие методы анализа, как растровая элск-трокпин г.шроасопия, рентгеновских фотоолекгронная слеитроско -пия (ГФХ), гаси-споктрометрия вторичных ионов (В'.ТМС), обратное резср^ппдонсксе рассеяние (СРР) в сочетания с какалкровшшем вдоль кристаллографических направлений, элек^рочно-аондовий микроанализ (0С11Л), гаг/ма-реоонанспак спектроскопия в геометрии отражения, реитгенодяфраиционный анализ. Необходимо также про -ведение математического »'оделкрэвания воздействия бомбардирую -цих иоиос кислорода на состояние кристаллической решетки мишени.

Таким образом, актуальность исслгдования определяет арак -тическая реализация метода совершенствования посредством

ИЛОК на основе всестороннего исследования процессов, протекаю -щих в пленках г.ри облучении, анализа их зависимости от параметров облучения и последующего воздействия на состояние исходных образцов.

Целью данной работы г.вилось комплексное исследование за -коноиернсетей воздействии ИЛОК на свойства МПФГ в зависимости от параметров облучения.

В качестве основного объекта исследования выбрани моно -кристаллические пленки Рс5 0,^. ИИИ. Обобщение выводов на МПФГ в целом проюдилось исходя, из выборочного анализа пленок (, (У5МБ;)5 (?1 (^Ощ 0Л, / Уй $с Ьа)с 0,1,

Дл,. достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Создание экспериментальной установки и разработка методики проведения ИЛОК в диапазоне энергий Е - 0,1...10 кэВ потоками ионов Р;. = ион/см^«с в непреривном режиме без ограничения на длительность набора требуемой дози.

2. Проведение анализа процессов торможения ионов кислоро -да с энергией от 0,1 до 10 коВ в мишени У^Ре^О,^ и образова -ния поверхностного структурнонарушенного облучением слоя пос -редством математического моделирования методом Монте-1Сарло.

3. Определение набора экспериментальных методик с последующим применением к пленкам КИГ, позволящих рассмотреть эвояю -

цию«рельефа поверхности при облучении, выявить особенности структурного строения, элементного состава и химических связей в сло-. ях, включая поверхностью толщиной в десятки ангстрем и заканчивая пленкой в целом, до и после облучений.

4. Установление механизма протекающих при облучении процессов, выявление режиуов совершенствования структуры пленок и од -нородности состава облучением.

5. Реализация целенаправленного воздействия облучением но -нами кислорода на оптические, магнитооптические, магнитнис и СВЧ свойства МГ1£>Г.

Научная новизна работи состоит в следующем:

1. Разработан и реализован метод воздействия на свойства МПФГ нонно-лучевнм облучение: кислородом в интервале .энергий ионов Е = 0,1... 10 кэВ и потонов Fi = 5-Ю*4.. .Ь-Ю15 ион/см2*с без ограничения на время непрерывного набора дозы Х> , что достигнуто благодаря реализации в источнике ионов оригинальней конструкции двухкаскадного самостоятельного разряда низкого давле -ния без внеиного магнитного поля на кислороде и применения схемы самокомпенсации объемного положительного заряда ионного пучка по пути следования к диэлектрической мишени.

2. Методом 0FP в сочетании с каналированием проведен анализ воздействия ИЛОК на кристаллическую решетку пленки ЖР в зависимости от режимов облучения.

3. Установлен- и исследован факт совершенствования структуры пленок ЖИГ после облучения с дозами D> 5-10*® ион/см" и энергиями ионов Е я 0,5...2 кэВ на расстояниях от поверхности, (дос -тигащих величины (Ю2...Ю^Яр где Яр> 10" X - глубина пробега ионов кислорода в мишени,

4. Ка примерз пленок КИГ определены особенности структурного строения и элементного состава переходного слоя пленка-no -верхнзеть, образующегося на.стадии ЖФЭ, рассмотрены процессы распыления зтого слоя ионами кислорода с энергией Е=0,5...2 кэВ и процессы формирования поверхностного ионнооблученного сл п.

5. Экспериментально установлен и на основании предложенной теоретической модели объяснен процесс удаления микронеровностей на рельефе поверхности МПФГ рост зого арантера при ИЛОК с

б

энергией Е < 2 кэВ.

Практическая ценность. Полученные результаты позеоляют осуществлять целенаправленное иослеростовое воздействие на характеристики !'П1Т ионно-лучевцм облучением кислородом. Показано, что НЛО ¡С позволяет уменьшать оптические потери в МП£Г толщиной до 10 мкм на 10...20 до двух-трех раз снижать потери на распространение поверхностных магнитссгатических волн в спиновых волноводах на основе пленок Х4Г, усиливать и подавлять' »/агнитоептические характеристики поверхностных слоев УГКГ тол -щиноЯ 0,01...0,1 г/км, повышать однородность магнитной структуры пленок в целом. Новизна научно-технических решений, изложенных в диссертации, заци^ене 5 авторскими свидетельствами.

Положения, вшосиуио на защиту;

1. Экспериментальная методика юздействия на свойства заключающаяся в облучении поверхности пленок ионными пучками кислород* с плотностью потока р» = 5» 10^...5» 10^ ион/ с!*/".с, с энергией Е = 0,1.. .10 кэЭ и с неограниченным временем непрерывного набора требуемой дозы.

2. Облучение ионами кислорода с энергией менее 1,2 кэВ . приводит к образовании на поверхности пленок ИГ структурнсна-руяенного слоя толщиной менее 60 X» что не превышает толщину исходного поверхностного структурноразупорядоченного слоя, об -разукхцегося на стадии ХФЭ» но характеризуется в 1,5...2 раза большим содержанием в составе кислорода, я 3...5 раз меньшим содерж-чием нетрехвалонтных катионов железа и отсутствием примесей органического происхождения па сравнении с составом ис -ходкого поверхностного слоя.

3. Облучение пленок ЕЧГ ионами кислорода с энергиями от 0,5 до 2 кэВ и доааш более 3-10^" ион/см приводит к удалению переходного слоя пленка-поверхность» обогащенного в несколько раз по сравнению с остальным объемом пленки примесями свинца и платины технологического происхождения, и повидает совершенство кристаллической структуры пленки на глубину от поверхности, превншаюцей более чем на два порядка длину пробега ионов кис -лорода в мишени.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра-

боты докладывались ка следующих семинарах и конференциях:

: - XII Всесоюзная школа-семинар "Поено магнитные материалы .микроэлектроники". - Новгород, 30 сентября - 3 октября 1990 г.

- УН Международная конференция noj микроэлектронике" "flicroetecfroflics - 90". - Минеи, 13-18 октября 1990 г.

- Международная конференция "Е'ЛЛ-31". - Дрезден, IG-19 апреля 10Э1 г.

- 1991 МЯ$ ft»?? Meeting. - Boston , 2-6 декабря I9?i г.

- XIX Всесоюзная конференция по физике магнитнчх явлений, -Ташкент, 24-27 сент» 'ря 1991 г.

- Семинар по магнитошкрсэлеотрснике. - Симферополь, 19 -25 Октября 1901 г..

- XIII Всесоюзная.школа-семинар "Новые магнитные материал« микроэлектроники". - Астрахань, 22-26 сентября Iv92 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы науч -нне работы, в tow числе 8 статей в центральных журналах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литература из III наименований общим объемом 131 страница машинопиейого текста и X рисунков.

КРАТ1ЮЕ СОДЕЖШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена .цель исследования, сформулирована научная новизна и практическая ценность полученных результатов, представ -лены положения, выносимые на защиту.'

В первой главе даш основные сведения о структуре и составе феррит-гранатов, об условиях опитакскального наращивания М1Ш\

ЛитературшП анализ показал, что методу яидкофазной эпитак-ски монокристоляичвских пленок феррит-гранатов, являющегося ,ос -иовщч методом получения последних, свойственна многостадий -ность. На коадой из стадий происходит наравдваше слоев пленки, которые неоднородны по составу и структуре. Поэтому даже егмые совераегошга пленки содержат как минимум.три слоя, различающихся по физическим характеристикам. Это переходный слой пленка-под -ложка, происходдение которого одг -врем' нно связано и с фундач.н-

тальным вопросом огштаксии - сопряжения кристаллических решеток пленки и подложки, и со стадией погружения подложки в раствор-расплав. Второй сло.1 представляет собой собственно пленку при соблюдении стационарных условий наращивания. Происхождение третьего переходного слоя пленка-поверхность связано с процес -со?/ извлечения пленки из раствора-расплава. Б результате эпи -таксиальные пленки являются менее совершенными, чем объемные монокристаллы соответствующего состава.

Рассмотрение результатов, полученных при использовании методов /.онного облучения для послеростсвого совершенствования свойств '!П£Р, показывает необходимость проведения исследований по воздействию пучков ионов кислород . с энергия?.« в диапазоне 0,1...10 кэВ на состояние пленок. Б этом случае следует ожидать сочетания решений двух проблем. Первая связана с образованием обедненного по содержанию кислорода поверхностного слоя при облучении ионами другого типа, а вторая - с повышением однород -ности МПЗГ путем ионного распыления неоднородного поверхностного слоя ростового происхождения. Однако длительность облучения, согласно сделанных оценок, долкна достигать от единиц до десятков часов. Для формирования интенсивных пучков ионов кислорода с нейтрализованным объемным зарядом и полученной длительностьа требуется привлечение новых научно-технических решений.

Во второй главе приведены результаты, полученные при создании экспериментальной установки ионно-лучевого облучения кисло -родом.

Установка включает оригинальной конструкции пшрокоапертур -ный источник ионов с холодным катодом и узел принудительной компенсации обьемного положительного заряда ионного пучка. Б источнике применен двухкаскадшй самостоятельный разряд низкого дав • ления, связь между геометрическими размерами разрядной камеры которого и процессами генераций ионов кислорода определяется со отношениями:

'. Здесь <31 Г> - величина потока и объемная концентрация кислорода, подаваемого в разрядную камеру, Т - его те-пора-.тура, М =32 - молекулярный вес, /1 = (Т/М ;

г о , » П« , 'О'г - дебаевская длина, собст -

венная частота, плотность и тепловая скорость электронов, соответственно, характеризующие плазму анодного каскада разряда;

и чУь плотность и скорость электронов пучка, поступающего из катодного каскада разряда в анодный; <5"га - сечение электрон-атомных столкновений; И - характерная размер полого катода; А , К - диаметр и высота полого анода.

При выполнении неравенств (1-2) заряженные частицы в объеме катодного каскада генерируются в основном V - электронами вторичной эмиссии со стенок катода, ускоренными в слое катодного падения потенциала и осциллирующими в полом к_тоде. Л в анодном каскаде ионизация осуществляется плазменными электронами, приобретающими необходимую для этого энергию в поле лрнгмю-ровских колебаний, которые возбуждаются электронами ил катодного каскада, ускоренными в виде пучка в направлении анода электрическим полем двойного электрического слоя, разделяющего кас -кады.

Экспериментальная система нейтрализации заряда ионного пучка включает иоиопровод диаметром 2и и длиной 1>1 ( определяемых соотношениями: X;, =• (1,2...1,6) с1ь , Ь;= (1,8...2,4)<4 где с/ь - диаметр еечения ионного пучка, причем с/5 ^ 0,3с1ь ( <1$ - характерный размер диэлектрической мишени). Весь иоио -провод находится под отрицательным потенциалом 0...50 Б относительно ускоряющего электрода источника ионов.

В третьей главе охарактеризованы используешге эксперимен -тальние методы анализа, дано краткое обоснований выбора пленок для облучений « более подробно - вцбора пленок ЖГ толщиной' до 10 мкм в качестве базового объекта. Критерием определения ка -чества исходных образцов являлось выполнение известных омпири -ческих условий: }я-Яо| /Й» < 2.10"3, 0,03Ь"1/г>{а-а4,/т<0>1. Здесь На , а - постоянная кристаллической решетки подложки и пленки, соответственно, Л ; к - толщина пленки, мкм; Ут'п -параметр, определяемый по спеитррм обратного резерфордовскогс

рассеяния и характеризующий кристаллическую структуру (JCwe^0,05 соответствует совершенным обьомным монокристаллам).

Численное моделирование экспериментов по облучению мишеней лИГ проводилось методом Монте-Карло по программе ТЙ1М - 80. Оно позволило оценить величину пробега ионоз кислорода в глубь мишени Rp , конкретизировать процессы потерь анергии ионов при торможении, установить их зависимость от начальной анергии. Бо -личина пробега Яр возрастает от IG S до 170 8 с увеличением энергии ионов от 0,5 до 10 кэБ. Для ионов кислорода с энергией менее 2 кэВ потери энергии на ионизационные столкновения, образование вакансий к генерацию упругих ¡.олебаний сопоставимы по величине и составляют для каждой от Г> % до 15 % от значения начальной энергии. С увеличением энергия ионов до 10 кэВ начинают преобладать ионизационные потери энергии (возрастают до 30 %), а другие уменьшаются до З...Ь % от начальной энергия ионов.

Набор методов анализа определялся необходимостью контроля за состоянием как поверхностных слоев толвданой согласно результатов численного моделирования в несколько десятков ангстрем, так и всей пленки в целом. Состав и химические связи в поверхностном слое толщиной до 50 Я анализировались методом рентге -новской фотоэлектронной спектроскопии (Г\ЙС}. Элементный анализ поверхностного слоя образцов «а глубину до 0,1 мкм проводился методом масс-спектрометрни вгоричных ионов (ВШС) на установка Сямеса IMS -А F , Эффективная глубина анализа составляла не оолее 20 8, распределение по глубине получалось посредством распыления поверхности. Структура поверхностного слог, 'толщиной до 2 мкм и его элементный состав определялись метода«: обратного реоерфордовского рассеяния (ОРР) дал раэорионтпровгш-но и каналированно, в направлении [Hl] , падаи^гх на миг&иь протонов Hf с анергией 600 каВ и ионов с энергией 2,4 МоВ. Электронно-зондовый микроанализ состава пленок и распределения элементов по толщине и поверхности проводился сканирующим электронным микроскопом. Sanofi»Ь - 7» снабаешшм экергоднепер -сным ренггеноспектроскопическкм анализатором S/sfety -810-500. Рентгеноструктурные исследования проводились на рентгеновском спектрометре ДРОН-З.О. Изображения рефлексов (860) - на-

лучения фиксировались раздольно от пленки и подложки, при необходимости точность измерений повышалась применением симметрич -ногй германиевого монохроматора с плотностью дислокаций порядка 10 см . Методом ядерного гамма-резонанса (ЯГР) на спектрометре фирмы исследовалось влияние ионного облучения на состояние катионов железа в объеме пленок. Эволюция рельефа поверхности и измерение толщины пленок под воздействием ионно-лу-чевого распыления контролировались методами оптической и раст - • ровой электронной микроскопии (РЭМ). Оптический микроскоп обладал тысячекратном увеличением, электронный микроскоп увеличивал до тридцати тысяч крат.

Комплексное применение перечисленных методов позволило, определить строение переходного слоя пленка-поверхность ростового происхождения в исходных пленках ИГ. Условно он содержит два слоя. Первый находится на поверхности, является структурнораз -упорядоченным и нестехиометричным по составу, содержит примеси органического происхождения и железо в металлическом, двух- и трехвалентном состояниях с сопоставимыми концентрациями. Толщина этого слоя составляет до 60 X в наиболее совершенных образ -цах. Второй слой толщиной до 0,15 мкм имеет структуру граната, но содержит в два-четыре раза большее количество примесей тех -нологического происхождения свинца и платины, чем в нижележащей пленке. Ъ этом слое наблюдаются существенные, более 10 %, вариации б распределении элементов по толщине.

.• В четвертой главе изложены результаты исследований по воздействию нонно-лучевого облучения на совершенство структуры и однородность пленок по толщине. Определено, что оптимальные ре-юшч воздействия обеспечивают по меро набора дозы облучения 3) > 5-10*® ион/см^ пучки ионов с плотностью тока до 0,о мА/см*" Н энергией на интервала 0,5...2 кзВ. При этом "происходит одно -временно кошюо распыление переходного слоя пленка-поверхность ростового происхождения, образование на поверхности тонкого облученного слоя и повышение степени совершенства кристаллической структуры вдали от поверхности.

Скорость распыления ^ нелинейно зависит от дозы облучения Ъ по мере набора дозы, соответствующей моменту окончания

распыления роверхност.чого слоя ростовой природы. После этого она принимает постоянное значение и составляет от 2,4 ни/мин. для ионов с энергией Е = 0,5 коВ и до 3,6 нм/мин. для ионов с Е = 2 кэБ. Для ионов с меньшими энергиями быстро падает

( = 0,9 нм/мин. для Е = 0,3 кэВ) и почти не растет с увеличением Е > 2 кэВ ( iJp к 3,8 нм/мин. для Е = 4 кэВ). Согласно результатов численного моделирования это объясняется тем, что в диапазоне энергий ионов 0,5...2 кэВ максимум величина удельных потерь энергии на упругие столкновения с атомами мишени, приводящих к распылению атомов, лежит в слое, из которого идет рас -пнление, а доля этих потерь энергии достигает 25 % от начальной энергии ионов. При начальной энергии ионов Е б 0,3 кэВ смещенным атомам мишени передается недостаточная для выхода на поверхность энергия. При Е > 2 кэВ основная доля смещенных атомов образуется вдали от слоя, из которого идет распыление.

В оптимальных режимах облучения переходный слой пленка-по -верхность ростовой природы распыляется по мере набора дозы ■ D % 10 ион/см^. При этом образуется на поверхности облученный слой толщиной порядка 2 R¡> 4 IZO Я. Он является структурно-нарушенным относительно нижележащей пленки, обогащен в сравнения с ее составом, в среднем, почти в два раза по содержанию кисло -рода, и до полутора раз - железа, а по содержанию иттрия обед -нен почти в два раза. ЗИелезо и иттрий находятся в облученном слое, в основном, в трехвалентном состоянии. Примесей органического происхождения на облученной поверхности не обнаружено. Толщина облученного слоя определяется процессами столкновений ионов кислорода с ранее внедрившимися в мишень ионами кислорода и ранее смещенными из узлов кристаллической решетки атомами, приводящих к продвижению последних на глубину больше Яр . Различие в концентрациях железа и иттрия связано с различием в значениях парциальных коэффициентов распыления \s .

Обнаружено, что рельеф исходной поверхности содернит неровности ростового.происхождения размерами до 0,1 мкм, которые удаляются путем распыления в процессе набора дозы облучения I) % З.Ю19 иоц/см^. На основании экспериментальных данных разработана теоретическая модель, описывающая плонаризацшо релЪ|-

ефа МПФГ при облучении ионами кислорода. Б этой модели мишень разбивается на совокупность элементарных участков , вклю-чаккцнх множество участков с15? со случайным образом ориентированным вектором нормали 7 . В результате усреднений по направлениям 1? в окрестности ¿3 и по параметру В , характеризующему неровность рельефа:

(3)

распределение потока распыленных атомов в направлении ^ . определяется выражением

(£.?»; (4)

Здесь - эффективный коэффициент распыления с поверхности участка ай , зависягций от онергии ионов Е, направления их падения на мишень - п и поверхностной энергии связи атомов Еь . Появление, согласно (4), о распределении распыленных атомов, анизотропного члена п»"> по сравнению с распылением плоской мишени, связанное состояние атомов на распыляемой поверхности, зависимость величина энергии связи Еь от рельефа поверхности приводит в процессе длительного облучения ионами кислорода с энергией Е А 2 ноВ к плавной планари.зации поверхности МПФГ.

Экспериментальной исследование повышения степени совершенства кристаллической структуры облученных пленок по глубине от поверхности, составляющей до (10^...10?) ..проводилось ме -годами ОГР в сочетании с каналированием, протонографии и рентге-носГруктурного анализа. Совершенствование структура наблюдается при облучении пучками ионов кислорода с энергией от 0,5 до 4 кэВ и дозами облучения ' 5-10*® ион/см**. По мере набора дозы Л 2«10*® ион/см^ процесс совершенствование замедляется и после достижения О?» 4«10^ ион/см^ прекращается. Для пленки ЖИГ с исходным значением = 0,44 на глубине 1,2 мкм после

облучения с Б я 1,2 кэВ и и = 4-10^ ион/см^ достигнуто зна-чегие Хт!на 0,35. Одновременно опред ено уменыпениепполушири-ны на полувысотэ рефлекса (888) линии Си кц на 16 . Численные оценки качественного характера, выполненные с привлечением

теоретической модели, разработанной для описания структурно изменений в кристалле вдали от облучаемой ионами поверхности (Семин Ю.А., Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И. Усиление генерируемых : ионной бомбардировкой угругих волн при распространении в кристалле с кластерами дефектсв // Письма в ЙГФ.- i960.- т.14, в.З.-с. 273-275), позволяют предложить следующее объяснение данных экспериментальных результатов. Интенсивный поток ионов кислорода в процессе торможения кристаллической решеткой возбуждает.упругие колебания в ней, которые распространяясь в глубину, акти -вируют состояние точечных дефектов в примесно-дефектной атмосфере протяженных дефектов на глубине, обеспечивая, например, сток вакансий на дислокацию или мелдоузельный кластер точечных дефектов. Восстановление квазиравновесной концентрации вакансий обес-печгаается их оттоком из области генерации точечных дефектов -упругонапряженного облученного поверхностного слоя. В результате стока вакансий на дефект возможно рассасывание меидоузельных кластеров и переползание дислокаций в направлении поверхности на глубинах величиной порядка микрометра. По мере завершения образования поверхностного структурнонарушенного слоя, экспери -ментально наблюдающееся при Ъ а 3*10" ион/см^, процессу оттока вакансий на глубину начинает препятствовать процесс их захвата границей между этим слоем и оставшейся частью пленки. Поэто -му процесс совершенствования структуры на глубине постепенно замедляется и потом прекращается с ростом дозы.

В пятой г^.аве рассмотрено воздействие ионно-лучсвого облу -чения кислородом на оптические, магнитооптические, магкитшз и высокочастотные свойства МП&Г. Показано, что в результате совершенствования структуры и повышения однородности пленок величина оптического пропускания возрастает, причем на более прозрачных участках почти на 20 %. Одновременно наблюдается подавление ос-цилляционной картины на кривой пропускания, вызванной интерфэ -ренцией волн, отраженных or границ неоднородных по толщине ело- ' ев. Обнаружено небольшое увеличение полярного оффокта Kappa, вызванное планаризацией рельефа поверхности облученных образцов, и более существеннее влияние облучения на экваториальный аффецт Керра. Повышается магнитная однородность облученных пленок.

l

> ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИВОДО

• Основные результаты выполненной диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан и исследован метод воздействия облучения пучками ионов кислорода с энергией, изменяющейся в интервале

0,1...10 кэВ, и величиной плотности потока от 5-10^ ион/см^-с 15 /2

до 5.10 исн/см -с, без ограничения на время,непрерывного на - , бора требуемой дозы, на свойства монокристаллических пленок фер-рит-гракатов.

2. Методом Монте-ГСарло проведен теоретический анализ про -цесса взаимодействия ионов кислорода с мишенью Y3Fes О12 . Получены зависимости величины проективного пробега ионов Яр от их начальной энергии, определены энергетические потери на ионизационные столкновения, на генерацию вакансий и Кононов.

3. Методом СРР в сочетании с к ал актированием вдоль кристаллографического направления flllj определена зависимость характера изменения свойств пленок ¡ПИГ от параметров пучка ионов и по -казано, что оптимальны'/ является обличение ионами . с энергией

F. = 0,Г>...2 кэВ и дозами Ь> ЗЛ01Э исн/см2.

4. Установлено, что облучение ионами icи юрода с энергией менее 1,2 кзВ приводит к образованию на поверхности пленок JÏÏÎP структурнокарушениого слоя толщиной менее 60 X, которая не превышает толщину разупорядоченного поверхностного слоя, образую -щегося на стадии роста в исходных образцах.

5. Экспери><екталыю определено совершенствование структуры МП£Г на расстояниях от поверхности, превосходящих на дда-трс порядка величину Л.р , при облучении ионами • с энергией

Е а 0,5...4 кэВ, дозой Л > 5.10*® ион/ем^ и предложено его объяснение.

6. Экспериментально исследована и теоретически объяснена эволюция рельефа поверхности в результате ионного распыления, которое приводит к уменьшению характерных размеров микровнету -пов ростового характера на поверхности до размероз порядка межатомных при энергии ионов Е = 0,5...2 .»эВ и дозе облучения

В 4-I019 ипн/см2.

7. Показано, что в результате распыления исходного поверхностного слоя ростового происхождения и совершенствования кристаллической структуры по глубине повышается однородность маг -нитной структуры пленок, уменьшаются локальные деформации в маг-ниткых подростках, повышается оптическая прозрачность пленок, снижаются потери на распространение магиитостатичсских волн.

Результаты диссертации опубликованы в следующих . ■ основных работах:

1. Стогний А/.И., Никитинский В.А,, Куравлев Б.И. Двухкаскадный самостоятельный разряд низкого давления без внешнего магнитного поля // КГФ.- I960.- т.58, 5.- с. 993-995.

2. Stognii Л.г. Towrev /.V. ¡loflow СоЫ Cathode Ion Source for fleoxflve Ion бейт Etching //MRS Ыте

.3, Гесь А.П., Демченко А.П., Стогний А.И., Федотова В.В, Облучение ЗКИГ-пленок низкоэиергетичным пучком положительных ио -нов кислорода // XII Всесоюзная ик.-сем. "Новые магн. матер, микроэлек.- Тез. докл.- ч.1.- Новгород,- 1990.- с. 123.

4. Стогний А.И., Токарев B.B. И'иро коапертурный источник ионов реактивных газов // ПГЭ.- 1990.- J? 3.- с. 142-144.

5. Стогний А.Я., Демченко'А.И., Дубовик АЛ. и др. Источник ионов реактивных газов // ПГЭ.- 1990,- )? 5,- с. 42-44.

6. Стогний А.И., Токарев В.В., Демченко А.И., Понкратов В.В. Широкоапер.урный источник ионов кислорода // Тез. докл. УИ Между нар. конф. " ¡AiCfotkdrohíCS - 90". ~ Минск,- 1990.-Т.2.- с. 177.

7. Гесь А.П., Демченко А.И., Стогний Л.'Л. и др. Изменение структурных и оптических характеристик тонких £ИГ пленок под воздействием низкоэноргетического пучка ионов кислорода и Письма в ШТФ.- I99I.O т.17, D.I.- с. 17-21. * .

8. Straw/ /l.L.ToAörev U and Miüи Yu. /1. The formation cf MíM Oxide Thin Pih'S Ьц Sfufíeriy Pmdet Mixtum w;fh Oíeggen Ions/У MRS Volume

9. Гесь А.П., Стогний А.И., Федотова B.D. Совершенствование структуры ЖИГ-пденок шзкоэнергетичиым облучением ионами кислорода // XIX Всесоюэн. конф. по физике гагн. явлений,-Тез. докл.- ч.П.- Ташкент.- 1991.- с. ПО.

10. Стогний А.И., Федотова В.В., Гесь А.П. и др. Изменение объемных свойств пленок ЖИГ при ниокоэнергетичном облучении ионами кислорода // XIII Всесоюэн. шк.-сем. "Новые магн.

■ мат. микроэлек." Тез. докл.- ч.П.- Астрахань.- 1992.-с. 47-40.

11. Стогний А.И., Федотова В.В., Гесь А.П. и др. Изменение условий распространения магнитостатических волн в облученных иизкоэияргетячш&'и ионшл: кыелоро ^ч плонках иилезоиттрие -вых гранатов //Ш.- 1992.- т.73, в.П.- с. II2I-II25.

12. A.c. СССР SP 1245152, MI« 11 Ol j 73/04. Источник ионов / Никитинский В.А., Стогний А.И., Ткгчентс Л.В.

13. A.c. СССР V 1551741, ММ HOI^ 727/00. Источник ионов / Стогний А.И., Никитинский В.Л., Журавлев Б.И.

14. A.c. СССР I5C9899, MIM IiOlj 727/00. Источник ионов / Стогний А.И.

15. 'A.c. СССР ff 1623240, МШ С 303 31/22 , 29/28. Способ формирования в феррит-гранатовых структурах обл-.л-ей с различными магнитными свойствами / Eoryin A.K.,Демченко А.И. .Токарев В.В. Стогний А.И.

16. A.c. СССР № 1652284, ИМ С ЗОВ 31/22. Способ прецизионного травления пленок на подложках / Малышев B.C., Стогний А.И., Токарев В.В.