CC BY
21
УДК 538.9
МАГНИТОСТАТИЧЕСКИЕ И МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ НАНОКОМПОЗИТОВ (Co4oFe4oB2o)x(SiO2)ioo-x
А.Б. Грановский, Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, О.С. Тарасова, В.В. Филиппов
Методом ионно-лучевого распыления осаждены пленки композита (Со4^е39В20)65^Ю2)35 на стеклоткань в инертной среде и при циклическом добавлении кислорода с различным порциальным давлением. Анализ кривых намагниченности пленок показал, что структура подложки определяет магнитостатические свойства пленки. В частности, высокая величина магнитной анизотропии (~ 500 Э) пленки поперек волокон ткани задается формой стеклонити, имеющей длину до 500 мкм при диаметре нити 7 мкм. Выявлено, что частотные зависимости комплексной магнитной проницаемости фрагментированной на поверхности стеклоткани пленки являются суперпозицией характеристик анизотропных фрагментов пленки, расположенных вдоль и поперек измерительного магнитного поля. Апробированный в работе подход позволил получить значительную величину ц" образцов вплоть до частоты 6-7 ГГц. Измеренные частотные зависимости коэффициента поглощения электромагнитного излучения стеклотекстолита, изготовленного из стеклоткани с напыленной на поверхность гетерогенной пленкой, показали значительную величину L в частотном диапазоне от 15 до 37 ГГц. Выявлено, что вид зависимости L(f) зависит от параметров осажденной гетерогенной пленки
Ключевые слова: нанокомпозиты, электрические свойства, многослойная гетерогенная структура, удельное электрическое сопротивление
1. Введение
Наногранулированные композиты ферромагнитный металл-диэлектрик являются перспективными объектами исследования в плане их применения в области гегацерцовых частот излучения электромагнитных волн [1-5]. Это объясняется более высокими величинами удельного сопротивления гетергенных структур относительно гомогенных металлических магнетиков [6-8]. В настоящее время получены нанокомпозиты с различным составом металлической и жиэлектрической фаз. В качестве ферромагнитной фазы обычно используют переходные металлы Со, Fe, N1 или сплавы на их основе [9-14], а диэлектрическая матрица является оксидными или фторидыми соединениями металлов [15-20], а также аморфный углерод с алмазоподобным ближним порядком [21].
Однако, не все композиты после порога перколяции имеют магнитные свойства, необходимые для использования их в высокочастотных устройствах. К такому свойству, ограничивающим практическое применения в качестве функциональных высокочастотных магнитных материалов, можно отнести наличии значительной перпендикулярной магнитной
Грановский Александр Борисович - МГУ, д-р физ.-мат.
наук, профессор, e-mail: gran60@mail.ru
Калинин Юрий Егорович - ВГТУ, д-р физ.-мат. наук,
профессор, e-mail: Kalinin48@mail.ru
Ситников Александр Викторович - ВГТУ, д-р физ.-мат.
наук, профессор, e-mail: sitnikov04@mail.ru
Тарасова Оксана Сергеевна - ВГТУ, аспирант, e-mail:
oksanchik2603@mail.ru
Филиппов Василий Викторович - ВГТУ, магистр, e-mail: lonesomewolfl994@mail.ru
анизотропии, о чем сообщалось в ряде работ [9, 16, 22-24]. Также остро стоит проблема согласования волнового сопротивления функциональной среды и свободного пространства. Как было показано в ряде работ первую задачу можно решить, создавая многослойную структуру на основе нанокомпозита с толщиной слоев соизмеримых со средним диаметром металлических гранул (4-6 нм) [25-28]. Если разделительные прослойки являются высокоомными, т.е диэлектрическими или композиционными осажденного в присутсвии кислорода, то увеличивается удельное сопротивление многослойной гетерогенной структуры, следовательно, уменьшается вличина мнимой части ди-электричской проницаемости и волновое сопротивление пленки. Но, как показали измерения, этого недостаточно для согласования волновых сопротивлений пленки и свободного пространства, электромагнитная волна в значительной степени отражается от поверхности тонкопленочного образца. С другой стороны, если пленка нанесена на развитую поверхность, то объем занимаемый магнитоактивным веществом существенно больше, чем толщина покрытия и в этом случае надо рассматривать приведенные параметры среды. Тогда в случае если е >> ц магнитного материала, то при распределении его в большом объеме мы имеем:
lim — = 1 (1)
v ^ « ц
Исходя из приведенных рассуждений была сформированы цель представленной работы. Исследовать высокочастотные магнитные
свойства многослойных композиционных пленок, осажденных на диэлектрическую подложку с развитой поверхностью. В качестве пленки был выбран композит (Со4^е39В20)Х^Ю2)100_Х осажденный при циклической подачи кислорода в процессе напыления с концентрацией металлической фазы после порога перколяции, как материалл показавший наиболее хорошие магнитодинамические свойства [27]. Подложкой выступало полотно стеклоткани. Стеклоткань является составной частью конструкционного стеклотекстолита, что открывает хорошие перспективы практического использования исследуемого физического свойства.
2. Образцы и методика эксперимента
Для осаждения тонкопленочной структуры композит-композит использовались возможности оригинальной установки ионнолучевого распыления изготовленной на базе вакуумного напылительного поста УВН-2М [29]. В результате глубокой модернизации в камере было размещено 7 ионных источников оригинальной конструкции, которые предназначенны для независимого распыления трех мишеней и проведения ионной очистки поверхности подложки перед напылением. Для осаждения композита использовалась мишень, состоящая из металлической пластины сплава Со4^е40В20 размером 280х80х20 мм3 с равномрно закрепленными на ее поверхности 12 кварцивыми пластинками размером 80х10х2 мм3. Сораспыление металла и диэлектрика которые не обрзуют между собой химических соединений и твердых растворов путем процессов самоорганизации на поверхности подложки при конденсации из паровой фазы формируют наноразмерную гетерогенную структуру композита металл-диэлектрик. Материалом подложки была стеклоткань, которая полотном размера 1200х250 мм2 закреплялась на карусели распылительной установки. Перед напылением проводилась ионная очистка поверхности подложки. Параметры спыливания подложки составляли: время процесса 30 минут, ток плазмы 50 мА, напряжение на аноде 2 кВ, давление Аг 5х10-4 Торр, ток компенсатора 3А, ккорость вращения подложки 0,2 об/мин. Процесс напыления функционального слоя проходил в квазистатическом режим, скорость вращения подложкодержателя задавался, как 16 часов один оборот. При осаждении композиционного слоя в вакуумную камеру циклически через 45 секунд в течении 15 секунд подавался кислород. Принятые специальные меры по оптимизации переходных
процессов позволили добиться времени установления давления активного газа после включения клапана 4 секунды и времени откачки камеры при выключении клапана 8 секунд, что удовлетворяло условиям поставленной задачи сформировать многослойную пленку композита, где слой (Со4^е39В2о)х^Ю2)1оо-х полученный в атмосфере инертного газа чередовался с прослойкой осажденной в среде Аг+02 (см. рис. 1). По скорости и времени напыления композитов были сделаны оценки толщины слоев многослойной структуры, которые составили для прослойки композитов, осажденных в атмосфере аргона 8 - 14 нм и в смешанной атмосфере аргона + кислорода 3 - 5 нм. в зависимости от положения участка подложки относительно мишени.
Для выявления влияния окисленных прослоек на магнитодинамические свойства осажденной структуры также были полученны образца композитов с однослойной структурой (без добавления кислорода).
Рис. 1. Микрофотография поперечного разреза пленки многослойной структуры
{ [(CO40Fe40B20)60(SiO2)40]/[(CO40Fe40B20)60(SiO2)40+O2] } 176,
полученной при циклическом напылении в атмосфере Аг с давлением 6-10-4 Торр в течение 47сек и смешанной атмосфере (Аг с давлением 6-10"4 Торр и О2 с давлением 2,4-10-5 Торр) в течение 15 сек
После получения пленки композита (Со4^е39В20)67,4^Ю2)32,6 или многослойных структур
{[(С04^е39В20)67,4^Ю2)32,6]/[(С04^е39В20)67,4^Ю
2)32,6+02]}178 стеклотканное полотно раскраивалось на 4 заготовки размером 220х220 мм2 из которых путем проведения стандартных технологических приемов изготавливался образец конструкционного 4 слойного стеклотекстолита. В качестве существенных параметров технологического процесса можно выделить температуру и врмя полимризации связующего составляющие 160 0С и 6 часов, соответственно и используемое эпокситное связующее марки ЭНФБ. Структурными особенностями стеклоткани, которые оказывают влияние на магнит-
ные свойства пленки являются толщина стеклонитей и шаг плетения ткани, которые по нашим оценкам (см. рис.2) составили 7 и 500 мкм, соответственно.
Параметры полученных структур сведены в таблице. Элементный состав пленок проводили энергодисперсионной рентгеновской приставкой Oxford INCA Energy 250 на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6380 LV.
зита (Со4^е39В20)67,4^Ю2)32,6. Измерения проводились в двух ортогональных направлениях в плоскости подложки.
Как видно из кривой намагничивания композит (Со4^е39В20)65^Ю2)35 является ферромагнитным гетерогенным материалом с значением коэрцитивной силы ~ 16 Э. Поле выхо да намагниченности в насыщение происходит при внешних полях ~ 500Э. Кривая характеризуется также заметным изменением магнитной проницаемости в зависимости от внешнего поля в процессе намагничивания и осутствием заметной магнитной анизотропии в плосости пленки. Возможно, это связано с анизотропией формы внесенной структурой поверхности стеклоткани (рис. 3).
500 мкм
Рис. 2. Микроскопические фотография подложки из стеклоткани
Параметры получения образцов
№ Пленка РО2> Тор. PAr> Тор. W мин Vn О2, сек Wn О2, сек вра щ. h™ мкм n
1 {[(CO4lFe39B20)67,4(SiO2)32,6]/ [(CO4lFe39B20)67,4(SiO2)32,6+O2 ]}l78 6-l0-5 7-l0"4 600 l5 45 l6 час/ обр 2,3 4
2 {[(CO4lFe39B20)67,4(SiO2)32,6]/ [(CO4lFe39B20)67,4(SiO2)32,6+O2 ]}l78 3,5-l0-5 7-l0"4 600 l5 45 l6 час/ обр l ,69 4
3 (CO4lFe39B20)67,4(SÍO2)32,6 6-l0"4 630 l6 час/ обр l ,96 4
^лоя, мкм - толщина пленки, п - число слоев стеклоткани в стеклотекстолите.
Кривые намагничивания были получены на вибрационном магнитометре. Измерение комплексной магнитной проницаемости осуществлялось резонансным на частоте 0,2-10 ГГц в полуволновом кооксиальном резонаторе. Поглощение электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне были измерены рупорным методом в частотном диапазоне от 2 до 37 ГГц.
3. Результаты эксперимента и их обсуждение
Для установления влияния структуры подложки на процессы намагничивания пленки были измерены кривые намагничивания компо-
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
Н, Э
Рис. 3. Кривые намагничивания композита (Co41Fe39B20)65(SiO2)35, нанесенного на стеклоткань и измеренные в плоскости пленки 1- вдоль оси образца; 2 -перпендикулярно оси
Для подтверждения нашего предположения стеклоткань была разделена на отдельные волокна и намагниченность измерялась вдоль и поперек волокон (рис. 4).
-1500 -1000
0
Н, Э
Рис. 4. Кривые намагничивания композита (Со4^е39В20)65(ВЮ2)35 1 - вдоль стекловолокна; 2 - перпендикулярно стекловолокну
Видно наличие существенной магнитной анизотропии. Она формируется геометрией пленки на стеклянных нитях длинной 500 мкм
и диаметром 7 мкм. Поле выхода намагниченности в насыщение вдоль волокон ~ 39 Э, поперек ~ 500 Э.
Если принять намагниченность насыщения сплава Со4^е39В20 как 1,6 Т [30], то 4лМ3
композита (Со4^е39В20)65^Ю2)35 ~ 0,8 Т, тогда исходя из приведенных выше полей анизотропии частота естественного магнитного резонанса для пленок может быть оценена из выражения 2
fpe3 = Ha 4nM:
(2)
где v - гиромагнитное отношение (2nv = 2.8 МГц/Э); На - поле плоскостной анизотропии, соответственно; Ms - намагниченность насыщения. Результаты расчетов дают для На=39 Э
fpe3 = 1,5 ГГц, а для На=500Э fpe3 =5,6 ГГц. ц7, ц11
25 20 15 10 50 „ u ■ ........ " °°
1000 10000
f, MHz
ц/, ц//
f, MGz
/ .,//
ц'.ц'
6-
2-
Рис. 5. Частотная зависимость \ (кривая 1) и \// (кривая 2) для композита (Со4^е39В20)65(ВЮ2)з5 нанесен-го на стеклоткань (а), стеклонити вдоль волокна (Ь) и стеклонити поперек волокна (с)
На рис. 5 преведены измерения частотной зависимости действительной (\) и мнимой (\//) частей комплексной магнитной проницаемости пленок композита нанесенной на стеклоткань.
Как и в случае намагниченности измерения проводились на полотне и на стеклонитях вдоль и поперек волокна. Видно, что оценки частот естественного ферромагнитного резона-наса в зависимости от ориентации магнитной пленки на стекловолокнах согласуются с экспериментальными зависимостями (рис.5).
Кривые намагниченности пленок многослойной структуры композит - композит нанесенные на стеклоткань (рис. 6 и 7) по основным параметрам похожи на характеристики однослойных гетерогенных покрытии (рис.3).
¡5 -2-s
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
Н, Э
Рис. 6. Кривые намагничивания многослойной структуры № 1 нанесенной на стеклоткань и измеренные в плоскости пленки 1 - вдоль оси образца; 2 - перпендикулярно оси образца
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
Н, Э
Рис. 7. Кривые намагничивания многослойной структуры № 2 нанесенной на стеклоткань и измеренные в плоскости пленки 1 - вдоль оси образца; 2 - перпендикулярно оси образца
Это подтверждат наше предположение, что магнитостатические параметры магнитомягких гомогенных и многослойных композиционных тонкопленочных покрытий в случае нанесения
4
2
0
4
2
0
1000
10000
-2
0
на стеклоткань определяется структурой поверхности подложки.
Магнитодинамические свойства таких покрытий также в основных чертах не заисят от параметров материала, если последние удовлетворяют комплексу требований работы на данных частотах, а определяются структурой подложки рис. 8-9.
^ и"
20
1 - ' 1 □ л/, 1 60 50
□ □ 30 20
о«* о ^о о „о г. 10
^ 1000 , □ г, МНЕ
2
1000
10000
Г МГц
Рис. 8. Частотная зависимость \ (кривая 1) (кривая 2) многослойной структуры № 1 нанесенной на стеклоткань
15' 10 5 0 -5
. □ |
1 Г 60 °о1 ч
□ : ^ 30 Ь .
. срсхк со □□ ггтл 1000 Г МГц
2
1000
Г МГц
10000
Рис. 9. Частотная зависимость \ (кривая 1) (кривая 2) многослойной структуры № 2 нанесенной на стеклоткань
Основным параметром, определяющий качество исследуемого материала является его способность поглощать электромагнитные излучения Для синтезированных образцов были исследованы частотные зависимости поглощения электромагнитного излучения рупорным методом (рис. 10) в диапазоне частот от 2 до 37 ГГц.
Результаты измерения L различных образцов показаны на рисунке 11. Анализ приведенных зависимостей показывает, что среда, где нанокомпозиционная пленка, распределен-на на поверхности стеклоткани не имеет высокого значения коэффициента отражения в оличаи от пленки на гладкой поверхности.
Рис. 10. Рупорный метод для измерения в частотных диапазонах 2-37 ГГц
Образцы имеют значительое поглощение на частотах выше 15 ГГц. Это находится в явном противоречии с магнитодинамическими характеристиками, приведенными в работе.
15
т
^ 10.
2
3
10 15 20
25
30 35
Г ГГц
Рис. 11. Частотные зависимости коэффициента поглощения кривая 1 - стеклотекстолит, кривая 2 - образец № 3, кривая 3 - образец № 2, кривая 4 - образец № 1
Обращает на себя внимание также факт явного уменьшения степени поглощения стек-локомпозиционной структуры на частотах выше 25 ГГц с увеличением давления кислородной компоненты в рабочем газе при напылении окисленных прослоек и как следствие возрос-тание удельного электрического сопротивления структуры. При этом также понижается частота максимума на кривой L(f). Из данных экспериментальных фактов можно предаположить, что в данном частотном диапазоне основным механизмом поглащения электромагнитных излучений для пленок композита (Со41Ре39В20)65(8Ю2)35 и многослойных структур композит-композит является мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости.
4. Заключение
Методом ионнолучевого распыления осаждены пленки композита (Со41Ре39В20)65(8Ю2)35 в инертной среде и при циклическом добавлении кислорода с различным порциальным дав-
5
0
0
5
лением на стеклоткань. Анализ кривых намагниченности пленок показал, что структура подложки определяет магнитостатические свойства пленки. В частности, высокая величина магнитной анизатропии (~ 500 Э) пленки поперек волокон ткани задается формой стеклонити, имеющей длину до 500 мкм при диаметре нити 7 мкм. Выявлено, что частотные зависимости комплексной магнитной проницаемости фраг-ментированной на поверхности стеклоткани пленки являются суперпозицией характеристик анизатропных фрагментов пленки, расположенных вдоль и поперек измерительного магнитного поля. Апробированный в работе подход позволил иметь значительную величину образцов вплоть до частоты 6-7 ГГц. Измеренные частотные зависимости коэффициента по-глащения электромагнитного излучения стеклотекстолита, изготовленного из стеклоткани с напыленной на поверхность гетерогенной пленкой, показали значительную величину L в частотном диапазоне от 15 до 37 ГГц. Выявлено, что вид зависимости L(f) зависит от параметров осажденной гетерогенной пленки.
Литература
1. High frequency magnetic properties in metal-nonmetal granular films / S. H. Ohnuma, H. Fujimori, S.Mitani, T.Masumoto // J. Appl. Phys.- 1996.-V.79.-P.5130-5135.
2. Bloemen, P. J. H. On the fre-quency dependence of the magnetic permeability of FeHfO thin films / P. J. H. Bloemen, B. Rulkens // J. Appl. Phys.-1998.-V.84.P6778-6781.
3. Study on mechanism of soft magnetic properties for high-frequency application in Ni75Fe25-SiO2 granular films/ Ge Shihui, Yang Xiaolin, Kim Kwang Youn, Xi Li, Kou Xia-oming, Yao Dongsheng, Li Binsheng, Wang Xinwei // Phys. Stat. Sol. A.-2005.-V.202.-N.10.-P.2021-2027.
4. Sohn J. C. Theoret-ical and experimental permeability spectra of nano-granular Co-Fe-Al-O films for GHz magne-toelastic device applications/ J.C. Sohn, D. J. Byun, S. H. Lim // Phys. Stat. Sol. A.-2004.-V.201.-N.8.-P.1946-1950.
5. High-frequency magnetic per-meability of nanocom-posite film / N.A.Buznikov, I.T.Iakubov, A.L.Rakhmanov, A.O.Sboychakov // J. Magn. and Magn. Mater.-2005.-V.293.-P.938-946.
6. Magnetostrictrion and soft magnetic properties of (Co1-xFex)-Al-O granular films with high electrical resistivity / S.Ohnuma, N.Kobayashi, T.Masumoto, S.Mitani, H.Fujimori // J. Appl. Phys.-1999.-V.85.-P.4574-4576.
7. Xu Y. Microstructure and magnetic properties of percolating (Ni-Fe)x(SiO2)1-x granular films / Y.Xu, X.Yan // J. Mat. Rsch.-1996.-V.11-P.2506-2509.
8. Microstructure and magnetoresistance of Fe-Hf-O films with high electrical resistivity / Y.Hayakawa, N.Hasegawa, A.Makino, S.Mitani, H.Fujimori // J. Magn. Magn. Mater. -1996.-V.154.-P.175-182.
9. Microstructures and magnetic properties of Co-Al-O granular thin films/ H.Ohnuma, K.Hono, H.Onoder, S.Ohnuma, H.Fujimori, J.S.Pedersen // J. Appl. Phys.-2000.-V. 87-N.2-P. 817-823.
10. Particle size influence to the microwave properties of iron based magnetic particulate composites / L.Z.Wu, J.Ding, H.B.Jiang, L.F.Chen, C.K.Ong //J. Magn. and Magn. Mat.-2005.-V.285-P.233-239.
11. Magnetic properties of metallic ferromagnetic nano-particle composites/ R.Ramprasad, P.Zurcher, M.Petras, M.Miller, P.Renaud //Appl. Phys.-2004.-V.96.-N.11.-P.519-529.
12. Chen C. Particle size effects and surface anisotropy in Fe-based granular films / C.Chen, O.Kitakami, Y.Shimada //J. Appl. Phys.-1998.- V. 84.-P. 2184-2189.
13. Percolation and microwave characteristics of CoFeB-SiO2 nano-granular films / Deng Lianwen , Feng Zekun , Jianjun Jiang, He Huahui //J. Magn. and Magn. Ma-ter.-2007.-V.309.-P.285-289.
14. Ferromagnetic resonance studies on (Co4oFe4oB2o)x(SiO2)i-x granular magnetic films / F.Yildiz, S.Kazan, B.Aktas, S.I.Tarapov, L.Tagirov , A.B.Granovsky //J. Magn. and Magn. Mater.-2006.-V.305.-P.24-27.
15. Morikawa T., Soft-magnetic properties of Co-Cr-O granular films / T.Morikawa, M.Suzuki, Y.Taga //J. Appl. Phys.-1998.-V.83-P.6664-6666.
16. FeCo-Zr-O nanogranular soft-magnetic thin films with a high magnetic flux density / S.Ohnuma, H.Fujimori, T.Masumoto, X. Y.Xiong, D. H.Ping, K.Hono // Appl. Phys. Lett.-2003.-V.82.-N.6.-P.946-948.
17. Evaporatively deposited Co-MgF2 granular materials for thin-film inductors / K. D.Coonley, G. J.Mehas, C. R.Sullivan, U. J.Gibson // M.S. thesis, Dartmouth College, 1999.
18. Randhir Soft magnetic granular material Co-Fe-Hf-O for micromagnetic device applications / Li Liangliang, M.Crawford Ankur, X.Wang Shan, Ann F.Marshall, Mao Ming, Schneider Thomas, Bubber //J. Appl. Phys.-2005.-V.97.-N.10.-P.907-910.
19. The effective permeability of granular films / A.Grimes , M.Grimes //IEEE Trans. Magn.-1993.-V.29-N.6-P.4092-4094.
20. High-frequency soft magnetic properties of nano-crystalline Fe-(Co)-Hf-O films with high electrical resistivity and their applications to micro DC-DC converter / Y.Sasaki, S.Morita, T.Hatanai, A.Makino, T.Sato, K.Yamasawa // NSM.-1997.-V.8.-P.1025.-1029.
21. Высокочастотные магнитные свойства композитов (Co40Fe40B20)x(C)100-x [Текст] / А.А. Абрычкин, А.А. Алешников, Ю.Е.Калинин, А.В.Ситников, О.С.Тарасова //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8 - № 11 - С. 71-76.
22. Ситников А.В. Механизмы наведенной магнитной анизотропии в гранулированных нанокомпозитах (Co40Fe40B20)X(SiO2)100.X [Текст] / А.В.Ситников //Альтернативная энергетика и экология. - 2008. - № 8. - С. 31-37.
23. Стогней О.В. Анизотропия аморфных наногра-нулированных композитов CoTaNb-SiOn и CoFeB-SiOn [Текст] / О.В.Стогней, А.В.Ситников // ФТТ.-2010.- Т. 52. - Вып. 12.- С. 2356-2364.
24. Ситников А.В. Магнитные свойства и особенности формирования структуры наногранулированных композитов металл-диэлектрик [Текст] / А.В.Ситников // Материаловедение. - 2010 - №3 - С. 134-137.
25. Высокочастотные свойства многослойных систем на основе нанокомпозитов (Co41Fe39B20)X(SiO2)100.X и (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)100.X [Текст] / А.А.Алешников, Ю.Е.Калинин, А.В.Ситников, О.С.Тарасова // Перспективные материалы. - 2015. - № 5. - С. 42-49.
26. Структура и электрические свойства многослойных пленок на основе композитов ферромагнетик-
диэлектрик [Текст] / Х.С.М. Аль Аззави, К.Г. Королев, В.А. Макагонов, А.В. Ситников, О.С. Тарасова //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2015. - Т.11 - № 5 - С. 100-107.
27. Высокочастотные магнитные свойства многослойных гетерогенных пленок на основе нанокомпозитов ферромагнитный металл-диэлектрик [Текст] / Х.С.М.Аль Аззави, К.Г.Королев, В.А.Макагонов, А.В.Ситников, О.С.Тарасова //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2015. - Т. 11 - № 5 - С. 112118.
28. Высокочастотные свойства многослойных систем на основе нанокомпозитов (Со^е^г10)х(А1203)100_х
[Текст] / А.А. Алешников, Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, О.С.Тарасова //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т. 9 - № 6-1 - С. 7176.
29. Гранулированные нанокомпозиты металл-диэлектрик с аморфной структурой [Текст] / Ю.Е. Калинин, А.Т. Пономаренко, А.В. Ситников, О.В.Стогней // Физика и химия обработки материалов. - 2001. - № 5 - C. 14-20.
30. Teruo Bitoh1 Materials Origin of low coercivity of Fe-(Al, Ga)-(P, C, B, Si, Ge) bulk glassy alloys/ Teruo Bitoh1, Akihiro Makino, Akihisa Inoue Materials //Transactions. -2003. - V. 44. - N. 10 - P. 2020 - 2024.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Воронежский государственный технический университет
MAGNETOSTATIC AND MAGNETODYNAMIC PROPERTIES OF MULTILAYER SYSTEMS BASED
ON NANOCOMPOSITES (Co4oFe4oB2o)x(SiO2)ioo-x
A.B. Granovsky, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Moscow State University, Moscow, Russian Federation, e-mail: gran60@mail.ru
Yu.E. Kalinin, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation, e-mail: Kalinin48@mail.ru
A.V. Sitnikov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation, e-mail: sitnikov04@mail.ru
O.S. Tarasova, graduate student, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation, e-mail: oksanchik2603@mail.ru
V.V. Filippov, master, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation, e-mail: : lonesome-wolf1994@mail.ru
The films of composites (Co41Fe39B2o)65(SiO2)35 were obtained by ion-beam sputtering method on the fiberglass, in an inert atmosphere and adding cyclic oxygen with different portsialnym pressure. Analysis of the magnetization films showed that the structure of the substrate determines the magnetostatic properties of the film. Particularly, a high value of magnetic ani-zatropy of films (~ 500 Oe) is given across the fabric fibers form glass fiber having a length of up to 500 microns in diameter yarns 7 microns. It was revealed that the frequency dependence of complex magnetic permeability of the fragmented glass on the surface of the film are a superposition of the characteristics of the anisotropic film fragments along and across the measurement of the magnetic field. Approved in the work approach allowed to have a significant amount p/' samples up to a frequency of 6-7 GHz. The measured frequency dependence of the absorption of electromagnetic radiation fiberglass, with a sprayed on the surface of a heterogeneous film, showed a considerable amount of L in the frequency range from 15 to 37 GHz. It was revealed that the dependence of L (f) depends on the parameters of the deposited heterogeneous films
Key words: nanocomposites, electrical properties, heterogeneous multilayer structure, specific electrical resistance
References
1. Ohnuma S. H., Fujimori H., Mitani S., and Masumoto T. High frequency magnetic properties in metal-nonmetal granular films// J. Appl. Phys.- 1996.-V.79.-P.5130-5135.
2. Bloemen P. J. H. and Rulkens B. On the fre-quency dependence of the magnetic permeability of FeHfO thin films // J. Appl. Phys.-1998.-V.84.P6778-6781.
3. Shihui Ge, Yang Xiaolin, Kim Kwang Youn, Xi Li, Kou Xiaoming, Yao Dongsheng, Li Binsheng, and Wang Xinwei Study on mechanism of soft magnetic properties for high-frequency application in Ni75Fe25-SiO2 granular films// Phys. Stat. Sol. A.-2005.-V.202.-N.10.-P.2021-2027.
4. Sohn J. C., Byun D. J., and Lim S. H. Theoret-ical and experimental permeability spectra of nano-granular Co-Fe-Al-O films for GHz magnetoelastic device applications// Phys. Stat. Sol. A.-2004.-V.201.-N.8.-P.1946-1950.
5. Buznikov N.A., Iakubov I.T., Rakhmanov A.L., Sboychakov A.O.High-frequency magnetic per-meability of nanocomposite film// J. Magn. and Magn. Mater.-2005.-V.293.-P.938-946.
6. Ohnuma S., Kobayashi N., Masumoto T., Mitani S., and Fujimori H., Magnetostrictrion and soft magnetic properties of (Co1-xFex)-Al-O granular films with high electrical resistivity // J. Appl. Phys.-1999.-V.85.-P.4574-4576.
7. Xu Y., and Yan X. Microstructure and magnetic properties of percolating (Ni-Fe)x(SiO2)1-x granular films// J. Mat. Rsch.-1996.-V.11-P.2506-2509.
8. Hayakawa Y., Hasegawa N., Makino A., Mitani S., and Fujimori H. Microstructure and magnetoresistance of Fe-Hf-O films with high electrical resistivity // J. Magn. Magn. Mater.-1996.-V.154.-P. 175-182.
9. Ohnuma H., Hono K., Onoder H., Ohnuma S., Fu-jimori H., Pedersen J.S. Microstructures and magnetic properties of Co-Al-O granular thin films// J. Appl. Phys.-2000.-V.87-N.2-P.817-823.
10. Wu L.Z., Ding J., Jiang H.B., Chen L.F., Ong C.K. Particle size influence to the microwave properties of iron based magnetic particulate composites//J. Magn. and Magn. Mat.-2005.-V.285-P.233-239.
11. Ramprasad R., Zurcher P., Petras M., Miller M., Re-naud P. Magnetic properties of metallic ferromagnetic nano-particle composites//Appl. Phys.-2004.-V.96.-N.11.-P.519-529.
12. Chen C., Kitakami O., and Shimada Y. Particle size effects and surface anisotropy in Fe-based granular films,//J. Appl. Phys.-1998.- V. 84.-P. 2184-2189.
13. Lianwen Deng, Zekun Feng, Jianjun Jiang, Huahui He Percolation and microwave characteristics of CoFeB-SiO2 nano-granular films//J. Magn. and Magn. Mater.-2007.-V.309.-P.285-289.
14. Yildiz F., Kazan S., Aktas B., Tarapov S.I., Tagirov L., GranovskyB. Ferromagnetic resonance studies on (Co40Fe40B20)x(SiO2)1-x granular magnetic films//J. Magn. and Magn. Mater.-2006.-V.305.-P.24-27.
15. Morikawa T., Suzuki M., and Taga Y. Soft-magnetic properties of Co-Cr-O granular films//J. Appl. Phys.-1998.-V.83-P.6664-6666.
16. Ohnuma S., Fujimori H., and Masumoto T., Xiong X. Y., Ping D. H., and Hono K. FeCo-Zr-O nanogranular soft-magnetic thin films with a high magnetic flux density// Appl. Phys. Lett.-2003.-V.82.-N.6.-P.946-948.
17. Coonley K. D., Mehas G. J., Sullivan C. R., Gibson U. J. Evaporatively deposited Co-MgF2 granular materials for thin-film inductors// M.S. thesis, Dartmouth College, 1999.
18.Li Liangliang, Crawford Ankur M., Wang Shan X., Marshall Ann F., Mao Ming, Schneider Thomas, and Bub-ber Randhir Soft magnetic granular material Co-Fe-Hf-O for mi-cromagnetic device applications//J. Appl. Phys.-2005.-V.97.-N.10.-P.907-910.
19. Grimes A., Grimes M. The effective permeability of granular films//IEEE Trans. Magn.-1993.-V.29-N.6-P.4092-4094.
20. Sasaki Y., Morita S., Hatanai T., Makino A., Sato T., and Yamasawa K. High-frequency soft magnetic properties of nanocrystalline Fe-(Co)-Hf-O films with high electrical resis-tivity and their applications to micro DC-DC converter// NSM. -1997. -V.8.-P. 1025.-1029.
21. Abrychkin A.A., Aleshnikov A.A., Kalinin Ju.E., Sitnikov A.V., Tarasova O.S. Vysokochastotnye magnitnye svojstva kompozitov (Co40Fe40B20)H(S)100-H [High-frequency magnetic properties of composites (Co40Fe40B20) X (C) 100-X]//Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universi-teta. - 2012. - T. 8 - № 11 - S. 71-76.
22. Sitnikov A.V. Mehanizmy navedennoj magnitnoj anizotropii v granulirovannyh nanokompozitah (Co40Fe40B20)X(SiO2)100-X [Mechanisms induced magnetic anisotropy in granular nanocomposites (Co40Fe40B20) X (SiO2) 100-X]//Al'ternativnaja jenergetika i jekologija. - 2008. - № 8. - S. 31-37.
23. Stognej O.V. Sitnikov A.V. Anizotropija amorfnyh nanogranulirovannyh kompozitov CoTaNb-SiOn i CoFeB-SiOn [The anisotropy of amorphous composites nanogranulirovannyh CoTaNb-SiOn and CoFeB-SiOn]// FTT.-2010.-T. 52. - Vyp. 12.- S. 2356-2364.
24. Sitnikov A.V. Magnitnye svojstva i osobennosti formirovanija struktury nanogranulirovannyh kom-pozitov metall-dijelektrik[Magnetic properties and features of formation of structure nanogranulirovannyh composite metal-insulator]// Materialovedenie. - 2010 - №3 - S. 134-137.
25. Aleshnikov A.A., Kalinin Ju.E., Sitnikov A.V., Tarasova O.S. Vysokochastotnye svojstva mnogoslojnyh sistem na osnove nanokompozitov (Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X i (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)100-X [The high-frequency properties of multilayer systems based nanocomposites (Co41Fe39B20) X (SiO2) 100-X and (Co45Fe45Zr10) X (Al2O3) 100-X]//Perspektivnye materialy. - 2015. - № 5. - S. 42-49.
26. Struktura i jelektricheskie svojstva mnogosloj-nyh plenok na osnove kompozitov ferromagnetik-dijelektrik [Tekst] / H.S.M. Al' Azzavi, K.G.Korolev, Makagonov V.A., Sitnikov A.V., Tarasova O.S. [The structure and electrical properties of multilayer films based on-insulator composites ferromagnet]//Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2015. - T.11 - № 5 - S. 100-107.
27. Al' Azzavi H.S.M., Korolev K.G., Makagonov V.A., Sitnikov A.V., Tarasova O.S. Vysokochastotnye magnitnye svojstva mnogoslojnyh geterogennyh plenok na osnove nanokompozitov ferromagnitnyj metall-dijelektrik [The high-frequency magnetic properties of heterogeneous multilayer films based on nanocomposites ferromagnetic metal-insulator]//Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2015. - T. 11 - № 5 - S. 112-118.
28. Aleshnikov A.A., Kalinin Ju.E., Sitnikov A.V., Tarasova O.S. Vysokochastotnye svojstva mnogoslojnyh sistem na osnove nanokompozitov (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)100-X [The high-frequency properties of multilayer systems based nanocomposites (Co45Fe45Zr10) X (Al2O3) 100-X]//Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2013. - T. 9 - № 6-1 - S. 71-76.
29. Kalinin Ju.E., Ponomarenko A.T., Sitnikov A.V., Stognej O.V. Granulirovannye nanokompozity metall-dijelektrik s amorfnoj strukturoj [Granular Nanocomposites metal-insulator with amorphous structure] // Fizika i himija obrabotki materialov. - 2001. - № 5 - C. 14-20.
30. Teruo Bitoh1, Akihiro Makino and Akihisa Inoue Materials Origin of low coercivity of Fe-(Al, Ga)-(P, C, B, Si, Ge) bulk glassy alloys//Transactions. - 2003. - V. 44. - N. 10 - P. 2020 - 2024.
