Estudio de propiedades físicas de capas de AlN y multicapas de AlN/Mn obtenidas por Magnetrón Sputtering

Abstract

Las capas de nitruro de aluminio (AlN) y las multicapas de (AlN/Mn) fueron crecidas por pulverización catódica asistida por campo magnético sobre substratos de silicio orientado (100) y vidrio en una atmósfera mixta de Ar + N2, variando la temperatura de substrato (450°C ≤ Tc ≤ 600°C), con el fin de correlacionarla con la micro-estructura, la composición y los modos vibracionales. El proceso de deposición se realizó manteniendo constante la potencia de la fuente r.f en 150 W. Posteriormente las películas fueron sometidas a un tratamiento térmico en una atmosfera controlada de nitrógeno, lo que permitió obtener un transición de fase de tipo estructural en este material. La caracterización morfológica del material fue realizada por microscopia electrónica de barrido y microscopia de fuerza atómica con el fin de determinar la orientación preferencial y rugosidad de las capas. Con la técnica de rayos-X se logro determinar la estructura del material y además calcular valores de tamaño de cristalito, microestrés y parámetro de red. Los modos vibracionales se obtuvieron a partir de medidas de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) en los modos de Reflectancia Difusa (RD) y Reflectancia Total Atenuada (RTA), y por medio de microscopia Raman donde se observaron modos E1(TO), A1(LO) y E1(LO) característicos del de AlN y modos asociados a clústeres de oxigeno y nitrógeno en diferentes configuraciones vibracionales, que fueron comparadas con cálculos teóricos. El análisis fue realizado a partir de medidas de análisis elemental mediante EDS. Las multicapas de AlN/Mn fueron caracterizadas por medio de microscopía Raman, lo que permitió determinar el modo local de vibración debido al Mn (LVM), además de los modos característicos del AlN. Las propiedades magnéticas del material se determinaron a partir de medidas de magnetometría de muestra vibrante (VSM) en función del campo magnético y de temperatura, determinando un comportamiento ferro-magnético del material y la ausencia de transiciones de fase por debajo de la temperatura ambiente / Abstract: Thin films of aluminum nitride AlN and multilayer AlN/ Mn were grown by sputtering assisted by a magnetic field oriented silicon substrates (100) and commercial glass in an atmosphere of Ar + N2 mixed, varying the substrate temperature ( 450 ° C ≤ Tc ≤ 600 ° C) to correlate with the microstructure, composition and vibrational modes, the process was carried out at constant rf power source at 150 W. Subsequently the films were subjected to heat treatment in a controlled atmosphere of nitrogen, making way for a phase transition in the structural material. Morphological characterization of the material was performed by scanning electron microscopy and atomic force microscopy to determine the preferential growth and roughness of the films. With the X-ray technique is able to determine the structure of the material and also calculated values of crystallite size, lattice parameter and microstress. The vibrational modes were obtained from measurements of Fourier transform infrared (FTIR) in the modes of Diffuse Reflectance (DR) and attenuated total reflectance (ATR) and Raman microscopy through which they found ways E1 (TO), A1 (LO) and E1 (LO) characteristics of AlN and modes associated with clustering of oxygen and nitrogen in various configurations vibrational were compared with theoretical calculations. The compositional analysis was conducted based on Vegard's law and EDS measurements. The multilayers AlN/Mn were characterized by Raman microscopy, which allowed determining the local mode of vibration due to Mn (LVM) in addition to the characteristic modes of AlN. The magnetic properties of the material is determined from measurements of vibrating sample magnetometer VSM as a function of magnetic field and determining temperature ferromagnetic behavior of the material and the absence of phase transitions below room temperature