Классификация магнитных материалов и их применение в микро- и наноэлектронике. (Лекция 13) презентация

Лекция №13. Тема: Классификация магнитных матери-алов и их применение в микро- и нано-электронике 1. Классификация магнитных материалов 2. Магнитные материалы в микро- и наноэлектронике

Классификация магнитных материалов

Общая классификация магнитных материалов 1. Магнитомягкие материалы; 2. Магнитотвердые материалы 3. Материалы специального назначения. 4. Материалы для микро- и наноэлектроники

Магнитомягкие материалы -легко намагничиваются и размагничиваются почти без потерь; - имеют высокую индукцию насыщения; - малые потери при работе в переменных полях; - низкая стоимость.

-технически чистое железо; -технически чистое железо; - листовая электротехническая сталь; - железо-никелевые сплавы (пермаллои); -альсиферы – сплавы Fe-Si-Al; -ферриты (оксиферы) МеО·Fe2O3; никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты nNiOFe2O3+mZnOFe2O3 + pFeOFe2O3 nMnOFe2O3+mZnOFe2O3+pFeOFe2O3. -ферриты СВЧ; феррогранаты иттрия -магнитодиэлектрики.

Ферриты По свойствам и применению ферриты делятся на: магнитомягкие ферриты (НЧ – 0,2÷20 МГц и ВЧ  20 ÷ 300 МГц); - ферриты СВЧ (3х107- 3х1011); - ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ); - магнитотвердые ферриты.

Магнитотвердые материалы Литые магнитотвердые сплавы – альни (Al-Ni-Fe) Порошковые магнитные материалы (металлокерамические и металлопластич-ные) Магнитотвердые ферриты Бариевый феррит BaO·6Fe2O3 (ферроксидюр)

Материалы специального назначения 1. Металлические сплавы с ППГ -ферриты; -текстурированные ферромагнитные сплавы -тонкие ферромагнитные пленки 2. Магнитострикционные материалы сплавы Pt(50)-Fe(46); Co(50)-Fe(50); Fe-Al(13) 3. Термомагнитные материалы сплавы на основе Ni-Cu, Fe-Ni, Fe-Ni-Cr

Закритическая петля гистерезиса

Магнитные материалы в микроэлектронике 1) тонкие пленки с полосовыми магнитными доменами; 2) тонкие пленки с цилиндрическими магнит-ными доменами (ЦМД).

Тонкие пленки с цилиндрическими магнитными доменами.

Доменная структура в тонкой пластинке ортоферрита: Доменная структура в тонкой пластинке ортоферрита: лабиринтная структура (НВН=0) (а); переходная структура от лабиринтной к ЦДМ (НВН мало) (б); структура ЦДМ (достаточно сильное НВН) (в); концентрация ЦДМ около очень тонкой ферромагнитной проволоки (г)

Лабиринтная структура доменов: поведение магнитных доменов при воздействии поля и преобразование в цилиндрические магнитные домены

Сравнительная оценка ЗУ на основе различных материалов потребление электроэнергии:  обычные магниты: 500  1000 Вт  полупроводниковые материалы: 1000  2000 Вт  ЦМД: 10  20 Вт рабочая температура ( 0С): 20  +65 – для обычных и полупроводниковых материалов; 100  +100  для ЦМД.

Гигантское магнитосопротивление

Спинтроника Спинтроника (spintronics) — это область квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин частиц, связанный с наличием у них собственного механического момента.

Основные явления: Основные явления: - гигантское магнитное сопротивление - туннельное магнитное сопротивление - спиновая инжекция - магнитные полупроводники перенос спина Основные приборы - головки записи, сенсоры - магнитная память – уже есть - спиновые полевые транзисторы, спиновые светодиоды - магнитная логика - квантовые вычисления

Основные направления разработки спинтронных приборов - Спиновый инжектор - Приборы, основанные на спиновом транспорте - Спиновые транзисторы - Магнитная память - Считывающие головки для жестких дисков - Датчики магнитного поля

Структура слоев диска Blu-ray