Synthesis of thin films of magnesium aluminate spinel by Al and Mg anodic evaporation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The structure and properties of alumomagnesium spinel films synthesized by reactive anodic evaporation of Al and Mg from individual crucibles in a low–pressure arc (Ar/O2 mixture at 0.7–1.2 Pa) and vapor condensation on a substrate at 400–600°C were investigated. The current of a discharge with a self–heated hollow cathode was distributed between the anode (10–30 A) and crucibles with Mg (0.8–1.6 A) and Al (4–16 A), which provided an independent change in the deposition rate of films, plasma density, partial pressures of metal vapors and concentrations of elements in the films. A decrease in the rate of Mg oxidation and stabilization of the evaporation process were achieved by increasing the power density of the electron flux on the Mg inside the crucible and transition from the evaporation by sublimation to the evaporation from the liquid state by reducing the aperture of the Mg crucible. The high density of Mg vapor flow in a small aperture prevents oxygen from entering the crucible. The crystallization temperature of spinel under conditions of bombardment of the growing film by ions with an energy of 25–100 eV at a current density of 2 mA/cm2 was ~400°C. The films were characterized by scanning electron microscopy, X-ray phase analysis and microhardness measurements. Cubic spinel films had a strong texture (100) and a micro-distortion level of the crystal lattice of ~1%. The deposition rate of non-stoichiometric spinel films with a relative content of Al and Mg atoms adjustable within 1.2–2.4 was 1–3 µm/h.

About the authors

N. V. Gavrilov

Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin

Author for correspondence.
Email: gavrilov@iep.uran.ru
Russian Federation, Yekaterinburg; Yekaterinburg

D. R. Emlin

Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: erd@iep.uran.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

А. I. Medvedev

Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin

Email: gavrilov@iep.uran.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

P. А. Skorynina

Institute of Engineering Science of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: gavrilov@iep.uran.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Гаврилов Н.В., Каменецких А.С., Емлин Д.Р., Третников П.В., Чукин А.В. // Журнал технической физики. 2019. Т. 89. № 6. С. 867. https://www.doi.org/10.21883/JTF.2019.06.47632.214-18
  2. Каменецких А.С., Гаврилов Н.В., Третников П.В., Чукин А.В., Меньшаков А.И., Чолах С.О. // Известия Вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 10. С. 144. https://www.doi.org/10.17223/00213411/63/10/144
  3. Ahmad S.M., Hussain T., Ahmad R., Siddiqui J., Ali D. // Mater. Res. Express. 2018. № 5. P. 016415. https://www.doi.org/10.1088/2053-1591/aaa828
  4. Ganesh I. // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. № 2. P. 63. https://www.doi.org/10.1179/1743280412Y.0000000001
  5. Zhang J., Stauf G.T., Gardiner R., Buskirk P.V., Steinbeck J. // J. Mater. Res. 1994. V. 9. № 6. P. 1333. https://www.doi.org/10.1557/JMR.1994.1333
  6. Putkonen M., Nieminen M., Niinisto L. // Thin Solid Films. 2004. V. 466. P. 103. https://www.doi.org/10.1016/j.tsf.2004.02.078
  7. Станчик А.В., Гременок В.Ф., Труханова Е.Л., Хорошко В.В., Сулейманов С.Х., Дыскин В.Г., Джанклич М.У., Кулагина Н.А., Амиров Ш.Е. // Computational Nanotechnology. 2022. V. 9. № 1. P. 125. https://www.doi.org/10.33693/2313-223X-2022-9-1-125-131
  8. Wang Y., Xie X., Zhu C. // ACS Omega. 2022. V. 7. P. 12617. https://www.doi.org/10.1021/acsomega.1c06583
  9. Saraiva M., Georgieva V., Mahieu S., van Aeken K., Bogaerts A., Depla D. // J. Appl. Phys. 2010. № 7. Р. 034902. https://www.doi.org/10.1063/1.3284949
  10. Honig R.E. // RCA Rev. 1957. V. 18. P. 195.
  11. Depla D., Mahieu S. Reactive sputter deposition. Springer Series in Materials Science. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 584 р. https://www.doi.org/10.1007/978-3-540-76664-3
  12. Гаврилов Н.В., Каменецких А.С., Паранин С.Н., Спирин А.В., Чукин А.В. // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 5. C. 136. https://www.doi.org/10.7868/S0032816217040152
  13. Eriksson K.B.S., Isberg H.B.S. // Ark. Fys. 1963. V. 23. Iss. 47. P. 527.
  14. Meißner K.W. // Ann. Phys. 1938. V. 423. P. 505.
  15. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. Москва: Химия, 1977. 352 с.
  16. TOPAS V. 3.0 (2005) Brucker AXS GmbH, Karlsruhe. www. bruker-axs.de
  17. Domanski D., Urretavizcaya G., Castro F.J., Gennari F.C. // J. Am. Ceram. Soc. 2004. V. 87. № 11. P. 2020. https://www.doi.org/10.1111/j.1151-2916.2004.tb06354.x
  18. Georgieva V., Saraiva M., Jehanathan N., Lebelev O.I., Depla D., Bogaerts A. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 065107. https://www.doi.org/10.1088/0022-3727/42/6/065107
  19. Henkelman G., Uberuaga B.P., Harris D.J., Harding J.H., Allan N.L. // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2005. V. 72. P. 115437. https://www.doi.org/10.1103/PhysRev B.72.115437
  20. Yusupov M., Saraiva M., Depla D., Bogaerts A. // New J. Phys. 2012. V. 14. P. 073043. https://www.doi.org/10.1088/1367-2630/14/7/073043.
  21. Dash S., Sahoo R.K., Das A., Bajpai S., Debasish D., Saroj K.S. // J. Alloys Compd. 2017. V. 726. P. 1186. https://www.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.085
  22. Shou-Yong J., Li-Bin L., Ning-Kang H., Jin Z., Yong L. // J. Mater. Sci. Lett. 2000. V. 19. P. 225. https://www.doi.org/10.1023/A:1006710808718
  23. Шеховцов В.В., Скрипникова Н.К., Улмасов А.Б. // Вестник ТГАСУ. 2022. Т. 24. № 3. C. 138. https://www.doi.org/10.31675/1607-1859-2022-24-3-138-146
  24. Murphy S.T., Gilbert C.A., Smith R., Mitchell T.E., Grimes R.W. // Philosophical Magazine. 2010. V. 90. № 10. Р. 1297. https://www.doi.org/10.1080/14786430903341402

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».