Дисертації
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/106
Browse
6 results
Search Results
Item Фізичні процеси в функціональних елементах гнучкої електроніки на основі металевих наноструктурованих матеріалів(Сумський державний університет, 2021) Бездідько, Олександр Валерійович; Бездидько, Александр Валерьевич; Bezdidko, Oleksandr ValeriiovychДисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню структури, електрофізичних, магнітооптичних та магніторезистивних властивостей нанорозмірних плівкових шаруватих несиметричних структур на основі феромагнітних металів Fe, Ni, Co і сплавів FeNi і (Co-Cr) та немагнітних металів Сu, Cr і Pt. Крім того, окремо досліджено вплив температури відпалу (600-1100К) на структурно - фазовий склад наночастинок феритів Fe3O4, NiFe2O4 та CoFe2O4, які можуть виступати базовою магнітною компонентою в структурах типу магнітні наночастинки / провідна матриця, в яких, за аналогією з гранульованими структурами, може реалізовуватись ефект гігантського магнітоопору (ГМО). Багатошарові плівкові структури отримували методом пошарої конденсації незалежних джерел, з подальшим відпалом до температури 400 – 800 К. Наночастинки феритів отримувались методом хімічного синтезу за допомогою реакції між ацетилацетонатами Fe, Ni та Co з 1,2 - гексадекандіолом та олеїновою кислотою і олеїламіном у ролі попередника поверхнево активної речовини у феніловому ефірі. При нанесенні частинок на підкладку використовувались декілька методів, а саме капання розчину з наночастинками на підкладку, модифікована методика Ленгмюра – Блоджет і метод спін – коатингу. Крім просвічуючої мікроскопії для дослідження структури наночастинок додатково використовувались методи растрової електронної мікроскопії і атомно - силової мікроскопії, для контролю досконалості сформованих шарів. Оскільки для багатошарових плівкових структур надзвичайно важливим є збереження індивідуальності шарів то були досліджені структурно - фазовий стан та дифузійні процеси у двошарових структурах. Показано, що в двошарових структурах Cr/Fe/П та Pt/Fe/П (де П – підкладка) дифузія може відбуватись вже в процесі нанесення шарів за рахунок так званої конденсаційно – стимульованої дифузії. Так, для систем Fe/Cr, незалежно від концентрації компонент та температури відпалу формуються невпорядковані тверді розчини. У системах Fe/Pt спостерігається інша картина. Залежно від концентрації атомів компонент у невідпалених зразках можна сформувати три фази: Fe3Pt; FePt, FePt3, а також твердий розчин т.р. Fe (Pt). Постійна решітки для цих систем дуже близька і лежить в діапазоні 0,384 − 0,386 нм. Перераховані фази можуть формуватись при кімнатній темпетурі, при зміні концентрації компонент. Крім того, подальший відпал тієї чи іншої фази може призводити до переходу до іншої фази. Акцент в роботі було зроблено на дослідженні та аналізі зміни магнітних характеристих плівкових систем (коерцитивна сила Bc, залишкова намагніченість ВR, намагніченість насичення Вs та кут Керра), які можуть бути індикатором переходу від однієї фази до іншої. Показано, що для одношарових плівок Fe в діапазоні товщин 20 – 100 нм коерцитивність скаладає порядка 12 мТл. Найбільша зміна магнітних параметрів спостерігалась для систем Fe/Cr та Fe/Pt в діапазоні товщин 5 – 20 нм для хрому і 3 – 15 нм для платини. В обох випадках плівки не піддавались процесу відпалювання, оскільки очевидно, що вже в процесі конденсації сформувались тверді розчини. Температура підкладки 450 К під час осадження шару Cr на шар Fe значно підвищує процеси дифузії між шарами, зменшує коерцитивність системи і не впливає на величину кута Керра. Цікавим являється результат для мультишарів Fe(3)/Pt(3) з кількістю повторюваних елементів від 2 до 8. Для таких систем спостерігається збільшення основних магнітних параметрів порівняно з двошаровими плівками при однаковій ефективній товщині. Наступним етапом було дослідження структурно фазового стану та магніторезистивних властивостей асиметричних структур (Сo-Cr)/Cu/Co/П та Fe/Pt/Cr/Fe/П, де (Сo-Cr – плівковий сплав Co-Cr, який отримувався одночасним випаровування металів із незалежних джерел: Cr – з вольфрамової стрічки, Со – електронно-променевої гармати). Електронно-мікроскопічні дослідження невідпалених плівок Сo-Cr/Cu/Co з СCr < 30 ат.%, dF = 20 – 30 нм, dN =3 – 15 нм (де F – ферромагнетик, N – немагнітний матеріал) мають дрібнокристалічну структуру (розмір зерен менше 10 нм). Для них електронографічно фіксуються широкі дифракційні кільця, що очевидно належать фазам ГЦК-Cu, α-Co-ГЩП та α-Co(Cr). Отже, при формуванні покриваючого шару утворюється твердий розчин хрому в кобальті Cо(Cr) і ця фаза має ГЩП решітку. Після відпалювання за температури 700 К у плівках Сo-Cr/Cu/Co/П наявні ті ж фази, що і в свіжосконденсованих зразках: α-Co та ГЦК-Cu і α-Co(Cr). Ширина дифракційних максимумів після відпалювання суттєво зменшується, але лінії які належать фазам α-Co та т.р. α-Co(Cr) внаслідок близьких міжплощинних відстаней електронографічно не розділяються. Дифузія атомів Cr в процесі відпалювання відбувається значно інтенсивніше. Для відпалених плівок відбувається проникнення атомів Cr через прошарок Cu із подальшою взаємодифузією атомів Со та Cr в базовому шарі Со. Теоретично показано, що для несиметричних структур можлива інверсія (зміна знаку) ефекту ГМО за умови, якщо спінова асиметрія в розсіюванні електронів протилежна в суміжних феромагнітних шарах. Для свіжосконденсованих та відпалених за температур 400 і 550 К плівок Co-Cr/Cu/Co/П з СCr < 30 ат.%, dF = 20 – 30 нм, dN =3 – 15 нм спостерігається нетиповий як для анізотропного так і гігантського магнітоопору характер поведінки польових залежностей магнітоопору (МО). Такі особливості польових залежностей магнітоопору можливо обумовлені різними значення коефіцієнтів спінової асиметрії феромагнітних шарів α (α < 1 для сплаву Co-Cr та α > 1 для Со). Для структур Fe/Pt/Cr/Fe/П та Со/Cu/Cr/Fe/П з dF = 20 – 30 нм, dN =3 – 5 нм спостерігався анізотропний характер магнітоопору. Причиною анізотропного характеру магнітоопору структур з відносно тонкими немагнітними прошарками є перемішування компонент системи та утворення твердих розчинів у процесі конденсації. До несиметричних систем також відносяться структури, в яких, в якості одного з магнітних шарів, може виступати сплав. В нашому випадку це був сплав на основі пермалою Fe0,5Ni0,5 та Cu. Дослідження фазового складу плівок методом дифракції електронів показало, що в усіх свіжосконденсованих та відпалених за температури 700 К плівках FeNi товщиною d = 20 – 100 нм, як і в масивних зразках відповідного складу, фіксується ГЦК - фаза NiFe із параметром решітки а = 0,360 − 0,361 нм. Фазовий склад свіжосконденсованих плівок FeNi(Cu) товщиною d = 20 – 100 нм та при сFeNi = 0,5 − 0,9 відповідає ГЦК-фазі т.р. FeNi(Cu) з параметром решітки а = 0,360 − 0,361 нм. Після відпалювання плівок при температурі 700 К, внаслідок збільшення розміру кристалітів до 50 нм, ширина дифракційних кілець зменшується. При цьому зміни фазового складу та параметра решітки електронографічно не фіксуються. Для плівкових сплавів d = 20 – 70 нм і сCu = 5 – 50 ат. % у температурному інтервалі 120 – 400 К фіксується анізотропний характер магнітоопору з амплітудою поздовжнього та поперечного ефекту 0,02 − 0,5 % залежно від товщини і концентрації компонент. Зауважимо, що амплітуда магніторезистивного ефекту для плівкових сплавів із концентрацією Cu менше 50 ат. % складає величину меншу за 0,02 %. Останнім етапом було дослідження структурно – фазових змін при термообробці наночастинок феритів Fe3O4, NiFe2O4 та CoFe2O4. Термообробка необхідна по причині того, що вихідні наночастинки мають дуже малі розміри (3 – 10 нм) і знаходяться у суперпарамагнітному стані. Саме тому потрібно досягти ефекту збільшення розмірів частинок, при збереженні їх фазового складу. Було показано, що в діапазоні температур 300 – 600 К зберігається фазовий стан частинок з незначним їх збільшенням розмірів. Подальше збільшення температури відпалу до 800 К призводить до значного зменшення інтенсивності деяких ліній, що свідчить про початок фазового переходу. Після 800 К починається розпад оксидів і утворюється велика кількість допоміжних фаз. За температури 1100 К оксиди остаточно розпадаються і стабілізуються фази Fe та Ni. Фактично, наночастинки залишаються в вихідному фазовому стані лише до 800 К, після чого починається їх розпад. Збільшення розмірів частинок відбувається за рахунок їх коагуляції з сусідніми частинками. Однак таке збільшення не призвело збільшення сумарного магнітного моменту. З аналізу даних стає зрозумілим, що найбільш ефективною методикою отримання однорідних шарів є методика Ленгмюра - Блоджет. Однак вона є найскладнішою у використанні, низькопродуктивною та неможливою для виробництва у промислових масштабах. У той же час техніка простого капання розчину наночастинок на поверхню підкладки є найпростішою та найефективнішою, що дозволяє отримувати впорядковані моно - та невпорядковані мультишари НЧ, з правильним підбором їх концентрації в розчині. Окремо потрібно виділити метод спін - коатингу. Завдяки своїй відносній простоті, залежно від використовуваних параметрів (концентрація НЧ та швидкість обертання), можна отримати структури абсолютно різних типів, з різним розподілом на підкладці. Однак нам не вдалося отримати однорідний шар наночастинок, оскільки, навіть за низьких концентрацій НП у розчині, спостерігалось утворення скупчень різного розміру (кластерів).Item Електрофізичні та магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Fe, Ni та Ag або Au(Сумський державний університет, 2019) Пилипенко, Олександр Валерійович; Пилипенко, Александр Валериевич; Pylypenko, Oleksandr ValeriiovychДисертаційна робота присвячена встановленню загальних закономірностей у електрофізичних, магніторезистивних та магнітооптичних властивостях плівкових систем на основі Fe, Ni та Ag або Au, одержаних методами одночасної та пошарової конденсації металів, в умовах розмірних і концентраційних ефектів. Дослідження структурно-фазового стану показало, що в плівкових системах на основі Fe і Ag або Au вже на стадії конденсації відбувається утворення невпорядкованих обмежених твердих розчинів. Уперше встановлено, що в системах (Fe + Ag)/П тверді розчини формуються на основі ГЦК-гратки Ag (параметр гратки а = 0,4083 нм); в системах (Fe + Au)/П залежно від концентрації атомів Fe стабілізується ГЦК т. р. Au(Fe) (сAu > 45 ат.%, а = 0,4086 нм) або квазіаморфний, або ОЦК т. р. α-Fe(Au) (сAu = 15–35 ат.%, а = 0,3014 нм). Уперше одержані концентраційні залежності магнітоопору, термічного коефіцієнта опору та коефіцієнта тензочутливості для плівкових систем на основі Fe, Ni, Ag або Au в широкому інтервалі концентрацій від 2 до 85 ат.% атомів благородного металу. Показано, що максимальні значення МО (1,5–2,5 %) та мінімальні – ТКО (0,8–1,0) . 10–3 К -1 спостерігаються при концентрації атомів благородного металу від 65 до 70 ат.%, що свідчить про можливість практичного застосування таких плівкових матеріалів, як температурно-стабільних елементів сенсорів магнітного поля.Item Електрофізичні і магніторезистивні властивості несиметричних та гранульованих систем в умовах протікання твердофазних реакцій(Сумський державний університет, 2018) Шкурдода, Юрій Олексійович; Шкурдода, Юрий Алексеевич; Shkurdoda, Yurii OleksiiovychДисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування кристалічної структури і фазового складу, проходження дифузійних процесів, поведінки електрофізичних (питомий опір), магніторезистивних (анізотропний і гігантський магнітоопір) та магнітних (коерцитивна сила, поле насичення) властивостей і їх взаємозв’язку для чутливих елементів плівкoвих сенсoрів на основі Co, Fe, FeхNi100-х та Cu в інтервалі товщин d = 10–50 нм і концентрацій х = 10–90 % у температурному інтервалі 120–700 К. Установлено закономірності в польових залежностях анізотропного та гігантського магнітоопору для магнітонеоднорідних плівкових матеріалів із різною товщиною та концентрацією компонент магнітних, немагнітних і додаткових шарів. Досліджено розмірні концентраційні й температурні залежності величини ізотропного магнітоопору та магнітних параметрів, а також розраховано чутливість магнітоопору плівкових систем до магнітного поля. Експериментально досліджений і теоретично проаналізований із використанням феноменологічного підходу (резисторної та двострумової моделей) ефект гігантського магнітоопору в тришарових плівках. Уперше одержано аналітичні вирази для розрахунку параметра спінової асиметрії та опору високоомного спінового каналу. Досліджено залежності величини ефекту анізотропного гігантського магнітоопору від товщини покривного магнітного шару. Розраховано параметр асиметрії, що характеризує відмінність довжин вільного пробігу електронів у спінових каналах провідності для поздовжньої та поперечної геометрій вимірювання магнітоопору. Вивчені фізичні прoцеси в плівкoвих матеріалах із тoчки зoру їх мoжливoгo застoсування як чутливих елементів із високою температурною і часовою стабільністю багатoфункціoнальних сенсoрних та інфoрмаційних приладів різнoгo призначення.Item Структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства нитридных покрытий на основе Ti, Hf, Zr, V и Nb(Изд-во СумГУ, 2015) Багдасарян, Артем Анатолійович; Багдасарян, Артем Анатольевич; Bahdasarian, Artem AnatoliiovychДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Сумський державний університет, Суми, 2015. Дисертаційна робота присвячена дослідженню структурно-фазового стану і фізико-механічних властивостей наноструктурних покриттів (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N, які отримані вакуумно-дуговим осадженням. Проведене комплексне дослідження впливу режимів осадження (тиск робочого газу і потенціал зсуву підкладки) на морфологію, елементний і фазовий склад та як наслідок напружено-деформований стан, термічну стійкість, механічні і трибологічні властивості покриттів. Методами мікроаналізу (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N покриття, такими як: ЕРМ, РЗР, ВІМС і МСТР, виявлено однорідний розподіл складових елементів у приповерхневому шарі, наявність тонкої оксидної плівки (ZrO, NbO, HfO і ZrO2) на поверхні та технологічних домішок (H, C і O). Визначені основні закономірності формування структурно-фазового стану покриттів, які отримані при різних параметрах осадження. Виявлено, що покриття є твердими розчинами з ГЦК-кристалічною граткою типу NaCl із кристалітами нанометричного масштабу. Встановлено, що підвищення енергії іонів зумовлює розвиток стискаючих напружень в покриттях. Дослідження термічного відпалювання на структурно-фазовий стан нітридних покриттів показало, що застосування високих значень параметрів осадження підвищує термічну стійкість до формування окислів. Аналіз механічних характеристик покриттів, виявив, що збільшення потенціалу зсуву підкладки приводить до підвищення твердості та модулю Юнга. Дослідження трибологічних властивостей (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N покриттів, які осаджені на металеві диски показало збільшення коефіцієнта тертя та фактору зносу. Шляхом експериментального дослідження та теоретичного розрахунку статистичних параметрів встановлені закономірності зміни мікрогеометрії покриттів, які отримані при різних режимах осадження.Item Структурно-фазовий стан і магнітооптичні властивості плівкових систем на основі Fe, Co, Cr та благородних металів(СумДУ, 2013) Федченко, Олена Вікторівна; Федченко, Елена Викторовна; Fedchenko, Olena ViktorivnaДисертацію присвячено комплексному дослідженню структурно-фазового стану, магніторезистивних і магнітооптичних властивостей плівкових систем та спін-вентильних структур на основі Fe, Co, Cr та Ag або Au. У роботі визначені оптимальні умови формування плівкових систем та досліджені процеси фазоутворення в них при відпалюванні. Визначені оптимальні загальні концентрації компонент у двошарових системах Fe/Cr (cCr = до 20 ат. %) та Fe/Co (cCo = до 22 ат. %), які забезпечують термічно стабільні, ізотропні та максимальні за величиною магнітні характеристики. Проведені розрахунки коефіцієнтів дифузії для системи Fe/Cr за відомими теоретичними моделями. Визначені найбільш ефективні з них, а саме уточнений метод Уїпла та метод функцій помилок Гауса, які враховують середній розмір зерен та товщину шару матеріалу, що дифундує. Установлена залежність структурного стану та магнітних властивостей двошарових плівок Co/Fe/П від матеріалу підкладки та умов конденсації. Установлена кореляція між структурно-фазовим станом, магніто-резистивними і магнітооптичними властивостями спін-вентильних структур на основі Fe, Co та Au. Запропоновані конфігурації спін-вентилів, які забезпечують найбільш високі за величиною та термічно стабільні магнітні характеристики. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/33736Item Физико-механические свойства и структура покрытий на основе Ti, Al, Zr, Si и N(Изд-во СумГУ, 2013) Албу-Бадрi, Ахммад М. Махммуд; Албу-Бадри, Ахммад М. Махммуд; Albu-Badri, Akhmmad M. MakhmmudВ дисертаційній роботі досліджено фізико-механічні та триботехнічні характеристики нанокомпозитних покриттів на основі Zr, Ti, Al, Sі та N, синтезованих вакуумно-дуговим методом із застосуванням ВЧ стимуляції. Проаналізовано вплив фізико-технологічних параметрів осадження на властивості нанокристалічних покриттів. Встановлено, що розміри кристалітів синтезованих нанокомпозитних покриттів на основі Ti-Al-N, Ti-Si-N і Ti-Zr-Si-N змінюються у діапазоні 10 – 25 нм. Виявлено кореляцію між елементним складом, мікроструктурою і механічними властивостями покриттів. Структура отриманих покриттів є визначальною для їх механічних характеристик. Максимальна твердість для синтезованих покриттів Ti-Al-N становить 35,8 ГПа, для Ti-Si-N – 35,0 ГПа, а для системи Ti-Zr-Si-N – 40,8 ГПа. Модуль пружності для зазначених покриттів визначається у межах 392 ¸ 456 ГПа. Підвищення модулю імпульсного ВЧ потенціалу зсуву від 100 В до 200 В для покриттів системи Ti-Zr-Si-N спричиняє формування текстури (111) у площині осадження покриттів. Встановлено поліпшення триботехнічних характеристик для покриттів Ti-Al-N, Ti-Si-N і Ti-Zr-Si-N у порівнянні з покриттями на основі TiN. Встановлено, що тугоплавкі сполуки на основі багатокомпонентних покриттів в умовах тертя у повітряному середовищі при підвищених температурах характеризуються низьким рівнем структурної активності. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30567