Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологий создания многослойных магнитных материалов.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.435.11.2019
Организация
ИФМ УрО РАН
Продолжительность работ
2005 - 2006, 12 мес.
Бюджетные средства
8 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Разработка лабораторных технологий, создание и оптимизация параметров металлических, полупроводниковых и комбинированных многослойных наногетероструктур для сверхчувствительных (до 10-6 Э при комнатной температуре) и широкодиапазонных (линейных до 40 кЭ) датчиков магнитного поля, а также локальной магнитометрии и других магнитных устройств. Разработка конструкции и моделей этих устройств.

Этапы проекта

1
03.10.2005 - 08.12.2005
В полном объеме, на высоком научно-техническом уровне и в срок выполнены все работы, предусмотренные в Техническом задании и Календарном плане на 1-й этап Государственного контракта от 30 сентября 2005 г. № 02.435.11.2019.

Цель работы: Разработка оптимальных лабораторных технологий синтеза пленочных наногетероструктур, необходимых для сверхчувствительных (10-6 Э при комнатной температуре) и широкодиапазонных (линейных до 40 кЭ) датчиков магнитного поля, а также локальной магнитометрии. Синтез наногетероструктур и аттестация их микроструктуры и магнитотранспортных свойств.

Для приготовления многослойных магнитных пленочных материалов, на основе которых запланировано разработать в соответствии с Техническим заданием и Календарным планом магнитные датчики, были выбраны следующие методы:
- молекулярно-лучевая эпитаксия для выращивания магнитных сверхрешеток Fe/Cr и кластерно-слоистых наноструктур с линейным гигантским магниторезистивным эффектом;
- магнетронное напыление для получения спин-туннельных структур FeNi-Al2O3-Co, SiC- FeNi-Al2O3-Co и FeNi-Al2O3-FeNi и спин-вентильных интегральных структур;
- лазерная абляция для получения тонких и ультратонких пленок Fe-Pt.
Синтезированы серии перечисленных наногетероструктур с различным числом и толщиной магнитных и немагнитных слоев.
Определены толщинные параметры наноструктур и проведена аттестация их атомной структуры с помощью рентгеновских методов, просвечивающей электронной микроскопии и сканирующей туннельной микроскопии.
Исследованы магнитотранспортные свойства приготовленных наноструктур.
  В результате выполнения работы впервые в России осуществлено успешное объединение усилий и возможностей научно-исследовательских коллективов, работающих над проблемами технологии изготовления и практического использования многослойных наногетероструктур с уникальными магнитотранспортными свойствами, в частности, с гигантским магниторезистивным эффектом. В число научных коллективов, выполняющих данный Госконтракт, вошли 6 организаций: Институт физики металлов Уральского отделения РАН, как головной исполнитель, а как соисполнители: Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Федеральное государственное учреждение Российский научный центр «Курчатовский институт», Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина» и Уральский Государственный Университет им. А.М. Горького.

При выполнении 1-го этапа работ по Госконтракту сделано следующее:

1. Разработаны лабораторные технологии синтеза многослойных магнитных наноструктур для сверхчувствительных и широкодиапазонных датчиков магнитного поля, а также для локальной магнитометрии.
2. Составлены технологические маршруты изготовления магнитных наногетероструктур, обладающих гигантским магнитосопротивлением.
3. Синтезированы серии наногетероструктур, необходимые для разработки на их основе моделей датчиков магнитного поля в течение 2-го и 3-го этапов работы по Госконтракту.
4. Проанализированы результаты исследований микроструктуры и магнитотранспортных свойств синтезированных наноструктур. Исследования магнитотранспортных свойств серий магнитных наноструктур с различными параметрами (химический состав, проводимость и магнитная структура, толщина и количество слоев, условия синтеза и материал подложек), позволили определить интервалы оптимальных значений этих параметров.

Разработанные при выполнении 1-го этапа работ по Государственному контракту № 02.435.11.2019 (от 30 сентября 2005г.) технологии и технологические маршруты (регламенты) синтеза многослойных магнитных наногетероструктур представляют интерес для научных работников и заводских специалистов, занимающихся изготовлением магнитных устройств на основе пленочных наноструктур.

По результатам проведенных исследований направлено в печать 4 научных статьи.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
Разработаны методики диагностики и характеризации полученных наногетероструктур.
Проведена конструкторская проработка и выбраны варианты возможных моделей датчиков магнитных полей на базе синтезированных наногетероструктур.
Разработаны технологии и изготовлены модели магнитных устройств (сверхчувствительных – до 10-6 эрстеда и широкодиапазонных линейных до 40 килоэрстед датчиков магнитного поля, а также датчиков для локальной магнитометрии).
Проведена оценка изделий на технологичность и правильность выбора методов измерений их параметров и способов испытаний.
Определены основные принципиальные решения по синтезу наногетероструктур, а также по конструкции и технологии изготовления из них моделей магнитных датчиков, которые могут быть защищены патентами.
Проведен патентный поиск по ГОСТ Р 15.011-96 «СРППП патентные исследования» и оформлены отчеты о патентных исследованиях
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Результаты работы.
Разработаны программа и методика проведения предварительных испытаний изготовленных моделей магнитных датчиков. Методика испытаний составлена c учетом разработанных при выполнении 2-го этапа Контракта методик диагностики и характеризации многослойных наногетероструктур, предназначаемых для изготовления моделей магнитных датчиков.
Проведены предварительные испытания моделей датчиков. Результаты испытаний показали, что изготовленные партии моделей датчиков локальной магнитометрии и моделей широкодиапазонных линейных по полю магниторезистивных датчиков обладают рабочими характеристиками, удовлетворяющими требованиям Технического задания Контракта, и для них не требуется проведения оптимизации рабочих параметров. Однако, первые модели высокочувствительных датчиков, предназначаемых для работы в слабых магнитных полях, по своим рабочим характеристикам оказались не удовлетворяющими требованиям, указанным в Контракте, и нуждались в доработке.
Была синтезирована новая серия магнитных пленок для изготовления моделей высокочувствительных датчиков магнитного поля с несколько измененным составом, толщиной слоев. Проведена аттестация свойств этих пленок и изготовлена из них новая опытная партия моделей датчиков. Испытания оптимизированных моделей сверхчувствительных датчиков, показали, что проведенная оптимизация обеспечила им характеристики, заданные в Техническом задании Контракта. Оформлен Акт оптимизации моделей датчиков и Акт изготовления оптимизированных моделей датчиков. Составлены Программа и методики испытания оптимизированных моделей магнитных датчиков, которые по своему содержанию и процедуре исполнения практически такие же, что применялись при проведении предварительных испытаний первых вариантов моделей датчиков. Оформлен Протокол испытаний.
Разработаны технологические инструкции по созданию многослойных наногетероструктур и моделей магнитных датчиков на их основе.
Исследовано влияние внешних условий на характеристики моделей магнитных датчиков и составлен Перечень оптимальных условий их эксплуатации. Условия эксплуатации моделей магнитных датчиков удовлетворяют требованиям, оговоренным в Техническом задании Контракта.
Разработаны Программа и методика приемочных испытаний моделей магнитных датчиков и проведены приемо-сдаточные испытания в Институте физики металлов УрО РАН - как головной организации по выполнению работ по Контракту. Оформлены Акт и Протокол этих испытаний.
Разработаны предложения по внедрению созданных технологий изготовления многослойных магнитных материалов и датчиков магнитного поля на их основе на конкретных промышленных предприятиях.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.3 Прикладные разработки в рамках системы приоритетных направлений
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФИАН
профинансировано
Тема
Разработка технологий создания многослойных магнитных материалов
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
8 млн
Количество заявок
2
Тема
Полупроводниковые и металлические магнитные наноструктуры для спинтроники
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка технологии формирования и оптимизация архитектуры термоэлемента для термоэлектрических генераторов, работающих в широкой области температур.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 29 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
5
Тема
Технологии выращивания и электронные свойства комбинированных наноструктур для оптоэлектронных и магнитных устройств.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Магнитоуправляемые эластомеры, способные значительно изменять форму, размер и вязкоупругость во внешних магнитных полях, для новых типов активных демпфирующих устройств.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
1