Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0039

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0039
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет"
Название доклада
Разработка новых функциональных материалов для сенсоров магнитного поля на основе эффектов гигантского и туннельного магнитосопротивления для систем позиционирования
Докладчик
Огнев Алексей Вячеславович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка магнитных материалов, состоящих из пленок кобальта и никеля и способов контроля плоскостной и перпендикулярной магнитной анизотропии в них, с последующим созданием высокочувствительных сенсоров магнитного поля для использования в системах позиционирования автономных аппаратов.
Актуальность и новизна исследования
Разрабатываемые в результате выполнения ПНИ технологии получения высокочувствительных датчиков магнитного поля методами молекулярно-лучевой эпитаксией, нанолитографией, а также управление их параметрами будут иметь важное практическое значение. Результаты работы будут использованы как научно-технический задел для создания датчиков геомагнитных полей, применяемых в системах навигации автономных аппаратов, в основном подводных роботов, а также аппаратов, работающих в помещениях. Необходимость в таких системах обусловлена невозможностью осуществлять позиционирование в сложных условиях с помощью ГЛОНАСС или GPS. Разрабатываемые датчики магнитного поля и системы могут найти широкое применение в связи с внедрением автономных аппаратов в промышленность.
Описание исследования

Экспериментальные образцы магнитных наноструктур и сенсоров получены с использованием современных методов. Осаждение материалов проводили с помощью магнетронного распыления в условиях сверхвысокого вакуума. Постоянный контроль давления газов в системе, скорости осаждения и качества материалов, позволяет получать образцы с хорошей повторяемостью, при этом задавать толщину слоев можно с точностью до 0,05 нм. Для формирования шаблонов наноструктур применяли высокоразрешающую электронную литографию. Для испытания образцов использовали высокоточные методы измерения высоты рельефа на основе атомной силовой микроскопии, который обеспечивает точность измерения не хуже, чем 0,05 нм. Измерения магнитных и магниторезистивных свойств производили с помощью высокочувствительных измерительных приборов – вибромагнетометра, магнитооптического магнетометра, магнитооптического микроскопа. Параметры сенсоров тестировали с помощью самостоятельно собранного испытательного стенда.

Результаты исследования

На четвертом этапе проекта разработана методика получения экспериментальных образцов наноструктур для сенсоров магнитного поля, получены экспериментальные образцы наноструктур на основе Со/Cu/Co и (Co/Ni)N, проведено их испытание в соответствие с утвержденными методиками. На основе полученных данных разработана технологическая инструкция и эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы сенсоров магнитного поля четырех типов. Для проведения тестирования сенсоров разработаны программы и методики испытаний экспериментальных образцов сенсоров магнитного поля на основе магнитных наноструктур, создан испытательный стенд. Совместно с Индустриальным партнером проведена интеграция сенсоров магнитного поля на основе магнитных наноструктур в бортовую систему навигации автономных аппаратов. Создан прототип магнетометра для измерения геомагнитных карт. С использованием лабораторного технологического регламента проведены испытания сенсоров магнитного поля на основе эффектов ГМС.

В рамках НИР по разработке методики получения магнитных материалов для сенсоров магнитного поля получены результаты, опубликованные в журналах Applied Surface Science (IF = 3.150) и Journal of Physics D: Applied Physics (IF = 2.772).

В первой статье представлены результаты исследования процессов роста эпитаксиальных пленок Pd (111) на подложках Cu/Si(111). Обнаружили три стадии роста. На первом этапе, до толщины Pd = 2,6 МС, пленка Pd является неупорядоченной. На втором этапе, в интервале толщин Pd от 2,6 до 13 МС, шероховатость пленки изменяется незначительно и палладий растет в послойно. При этом параметр решетки пленки постепенно увеличивается до объемного значения Pd. На третьем этапе с увеличением толщины до 13 МС, параметр решетки не изменяется, но шероховатость пленок Pd быстро возрастает. Островки Pd растут и в высоту, и в ширину.

Во второй статье представлены результаты исследования взаимосвязи между микроструктурой и магнитными свойствами ультратонких пленок Ru/Co/Ru с перпендикулярной магнитной анизотропии (ПМА). Экспериментально определены толщины буферного и покрывающего слоев для индуцирования ПМА в слое Co. Максимальное значение ПМА наблюдалось для Co толщиной 0,9 нм с толщиной прикрывающего слоя Ru = 3 нм. Значения поля анизотропии и коэрцитивной силы увеличились примерно в два и в десять раз, соответственно, при изменении толщины буферного слоя от 6 до 20 нм, вследствие увеличения объемной доли кристаллической фазы в пленках. Исследование доменной структуры с помощью полярного Керр микроскопа показало, что перемагничивание происходит через зарождение, рост и аннигиляцию доменов, средний размер которых резко возрастает с увеличением толщины буферного слоя.

По результатам исследования процессов роста наноструктур на вицинальных поверхностях Si(111) покрытых поверхностной фазой из силицида меди поданы заявки на два патента.

Практическая значимость исследования
Разрабатываемые технологии создания высокочувствительных датчиков геомагнитных полей, могут быть использованы в системах навигации автономных аппаратов, в основном подводных роботов, а также аппаратов работающих в помещениях.
Необходимость в таких системах обусловлена невозможностью осуществлять позиционирование в сложных условиях с помощью ГЛОНАСС или GPS. Возможными потребителями будут компании и КБ разрабатывающие автономную робототехнику. Для доведения результатов до потребителя будут задействованы выступления на конференциях, публикация результатов в специализированных журналах, в том числе, адресное предложение к сотрудничеству и совместным разработкам с компаниями. Разрабатываемые датчики магнитного поля и системы могут найти широкое применение в связи с внедрение автономных аппаратов в промышленность.
Постер

Ognev_AV.ppt