Oxydes magnétiques semiconducteurs
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Croissance et interdiffusion dans des couches d'oxydes


Répondre à certaines questions concernant les phénomènes de basse dimensionalité et de couplage magnétique dans les multicouches, nécessite la préparation de films minces et multicouches d'oxydes magnétiques. Inévitablement, il faut s'intéresser à la croissance de ces oxydes.

La croissance sera obtenu par dépôt laser pulsé à hautes températures du substrat et sous atmosphère réactive. La croissance et le respect de la stœchiométrie surtout en oxygène de films et de multicouches minces et ultra-minces d'oxydes complexes nécessitent en général au moins une étape de dépôt à haute température avec généralement T > 300°C.

Croissance d'un film mince de Y3Fe5O12 sur substrat monocristallin de Y3Al3O12 (110). Le désaccord des paramètres de maille est compensé par la création de dislocations. A gauche, le modèle de la croissance de YIG sur YAG, à droite un cliché TEM de cette croissance épitaxiale.

C'est à ce moment précis que la diffusion atomique aux interfaces devient importante. Cette diffusion peut avoir lieu soit à l'interface substrat – couche mince, soit aux interfaces entre différentes couches déposées. Le choix de la combinaison substrat/film est de première importance pour l’état du film déposé, et en particulier en ce qui concerne l’apparition de contraintes.

Le premier problème rencontré est celui de quantifier et/ou identifier l'interdiffusion. Deux aspects sont alors à regarder :

/1/ l'influence de cette diffusion chimique sur les propriétés magnétiques globales tel que l'aimantation à saturation, les anisotropies magnétiques et le couplage magnétique.

/2/ la modification de la composition chimique au niveau des interfaces.

La corrélation entre le magnétisme et l'interdiffusion est détaillée pour une interdiffusion aux interfaces entre couches d'oxydes et à l'interface entre la couche magnétique et le substrat :

L'importance de l'interdiffusion dans une multicouche "modèle" : l'empilement de
  deux matériaux antiferromagnétiques, NiO et aFe2O3
L'interdiffusion à l'interface entre substrat et film: le grenat d'Yttrium (YIG) déposé
  sur un substrat monocristallin du grenat d'Yttrium et d'Aluminium (YAG)

 

 

 

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