Đề tài " PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG MỎNG " docx

Đ
Đ
Ạ
Ạ
I H
I H
Ọ
Ọ
C
C
KHOA H
KHOA H
Ọ
Ọ
C T
C T
Ự
Ự
NHIÊN
NHIÊN
TP.HCM
TP.HCM
KHOA
KHOA
V
V
Ậ
Ậ
T LÝ
T LÝ
SERMINARE

SERMINARE
:
:
M
M
À
À
NG M
NG M
Ỏ
Ỏ
NG T
NG T
Ừ
Ừ
T
T
Í
Í
NH
NH
Gi
Gi
ả
ả
ng
ng
viên
viên
:

:
TS.Lê
TS.Lê
Văn
Văn
Hi
Hi
ế
ế
u
u
H
H
ọ
ọ
c
c
viên
viên
:
:
Nguy
Nguy
ễ
ễ
n
n
Th
Th
ụ

ụ
y Th
y Th
ả
ả
o Nguyên
o Nguyên
Tr
Tr
ị
ị
nh Th
nh Th
ị
ị
Thu Th
Thu Th
ủ
ủ
y
y
NỘI DUNG TRÌNH BÀY:
I. GIỚI THIỆU
II.PHÂN LOẠI
III.PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
IV.PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG
I. GIỚI THIỆU
Màng mỏng là một hay nhiều lớp vật liệu được chế
tạo sao cho chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các
chiều còn lại . Khái niệm "mỏng" trong màng mỏng

rất đa dạng, có thể chỉ từ vài lớp nguyên tử, đến vài
nanomet, hay hàng micromet. Khi chiều dày của
màng mỏng đủ nhỏ so với quãng đường tự do trung
bình của điện tử hoặc các chiều dài tương tác thì
tính chất của màng mỏng hoàn toàn thay đổi so với
tính chất của vật liệu khối.
Hiệu ứng thay đổi tính chất rõ rệt nhất về tính chất của
màng mỏng là hiệu ứng bề mặt. Khi vật liệu có kích
thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm
tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy
các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu
ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của
vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật
liệu ở dạng khối. Ví dụ như trong các vật liệu sắt từ, ở
vật liệu dạng khối, dị hướng từ tinh thể ảnh hưởng rất
lớn đến tính chất từ, nhưng khi chế tạo ở các màng đủ
mỏng, dị hướng từ tinh thể có thể biến mất mà thay
vào đó là dị hướng từ bề mặt.
Màng vật liệu từ tính có trạng thái vật lý ở thể rắn là với
chiều dày khoảng vài µm (nhỏ hơn 5 µm). Còn được
biết với tên gọi màng sắt từ hay màng từ.
Màng từ có thể là đơn tinh thể, đa tinh thể, vô định
hình hoặc đa lớp. Ứng dụng bao gồm các lĩnh vực bộ
lưu trữ quang từ, đầu ghi cảm ứng, cảm biến từ trở,
trong các thành phần xử lý và lưu trữ của máy vi tính.
Màng mỏng từ tính và tính chất của nó đã thu hút rất
nhiều sự quan tâm chú ý của nhiều nhà khoa học trong
suốt 30 năm qua. Băng ghi âm là 1 trong những ứng
dụng của màng mỏng này.Kĩ thuật màng mỏng từ tính
ngày càng hoàn thiện khi chế tạo ra cac màng từ có bề

dày từ micro đến nano mét nhưng khả năng lưu trữ ,
t
í
nh b
ề
n v
ữ
ng v
à
t
ố
c đ
ộ
lưu tr
ữ
ng
à
y c
à
ng cao
II. PHÂN LOẠI
1. CƠ SỞ PHÂN LOẠI:
Vật liệu từ được chia làm hai loại:
• Vật liệu từ mềm (Soft magnetic materials)
-Dễ bị từ hóa và khử từ
-Sắt từ mềm có đường trễ hẹp
-Từ độ bão hòa rất cao, có độ từ thẩm lớn
Ứng dụng: Làm nam châm điện, động cơ , máy biến
thế, rơle
• Vật liệu từ cứng (Hard magnetic materials)

-Khó từ hóa và khử từ
-Sắt từ cứng có đường trễ rộng
-Từ độ bão hòa thấp
Ứng dụng : ổ ghi thông tin
Đường cong từ trễ của vật liệu từ mềm và một số thông số trên đường trễ
Đường cong từ trễ và các đặc trưng của vật liệu từ cứng
2.
M
ộ
t s
ố
v
ậ
t li
ệ
u t
ừ
m
ề
m đi
ể
n h
ì
nh:
Tôn Silic:Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic
(Si), hoặc chứa thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn
được gọi là hợp kim Sendust, là một trong những vật
liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ cứng
cao, có độ từ thẩm cao và tổn hao trễ thấp. Tuy nhiên,
vật liệu này trên nền kim loại, nên có điện trở suất

thấp, do đó không thể sử dụng ở tần số cao do sẽ làm
xuất hiện tổn hao xoáy lớn.
Hợp kim Permalloy : Là hợp kim của niken (Ni) và
sắt (Fe), có lực kháng từ rất nhỏ, độ từ thẩm rất cao
(vật liệu Ni
75
Fe
25
có độ từ thẩm ban đầu lớn tới
10000), có độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn
cao. Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa không
cao.
Hợp kim FeCo: là các hợp kim từ mềm có từ độ bão
hòa cao, nhiệt độ Curie cao
Các vật liệu gốm ferrite: Là hợp chất của ôxit Fe
(Fe
2
O
3
) với một ôxit kim loại hóa trị 2 khác, có công
thức chung là MO. Các ferrite mang bản chất gốm,
nên có điện trở suất rất cao nên tổn hao dòng xoáy
của ferrite rất thấp, được dùng cho các ứng dụng cao
t
ầ
n v
à
siêu cao t
ầ
n.

Hợp kim vô định hình và nanô tinh thể:
Là các hợp kim nền sắt hay cô ban (Co), ở trạng thái vô định
hình, do đó có điện trở suất cao hơn nhiều so với các hợp
kim tinh thể, đồng thời có khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ
học cao, và có thể sử dụng ở tần số cao hơn so với các vật
liệu tinh thể nền kim loại. Vật liệu vô định hình không có
cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị hướng từ tinh thể, vì thế nó
có tính từ mềm rất tốt
Dựa vào các tinh chất cũng như các loại vật liệu từ mềm điển
hình mà các nhà nghiên cứu chế tạo được màng từ mềm
Màng từ mềm với từ độ bão hòa cao và lực kháng từ nhỏ cỡ
10 Oe được làm từ hợp chất (Fe0.65Co0.35)91.2Zr1.8O7 hiện
được dùng làm đầu ghi trong hệ thống lưu trữ thông tin từ tính
Một số vật liệu từ cứng điển hình:
Hợp kim AlNiCo: Là hợp kim được sử dụng trong nam châm
vĩnh cửu, có thành phần chủ yếu là nhôm (Al), niken và
côban (Co), có thể có thêm các thành phần phụ gia như
đồng (Cu), titan (Ti), Hợp kim này có từ dư cao, nhưng có
lực kháng từ khá nhỏ (thường không vượt quá 2 kOe) và có
giá thành cao.
Vật liệu từ cứng ferrite: Là các gốm ferrite, mà điển hình là
ferrite bari (BaFexO), stronsti (SrFexO) và có thể bổ sung
các nguyên tố đất hiếm (ví dụ lanthannium (La)) để cải
thiện tính từ cứng.
Các vật liệu từ cứng liên kim loại chuyển tiếp - đất hiếm: Điển
hình là hai hợp chất Nd2Fe14B và họ SmCo (Samarium-
Cobalt), là các vật liệu từ cứng tốt nhất hiện nay. Hợp chất
Nd2Fe14B có cấu trúc tứ giác, có lực kháng từ có thể đạt tới
trên 10 kOe và có từ độ bão hòa cao nhất trong các vật liệu từ
cứng, do đó tạo ra tích năng lượng từ khổng lồ. SmCo là loại

vật liệu từ cứng có lực kháng từ lớn nhất (có thể đạt tới 40
kOe), và có nhiệt độ Curie rất cao nên thường sử dụng trong
các máy móc có nhiệt độ hoạt động cao (nam châm nhiệt độ
cao). Tuy nhiên, nhược điểm của các nam châm đất hiếm là có
độ bền không cao (do các nguyên tố đất hiếm dễ bị ôxi hóa),
có giá thành cao do các nguyên tố đất hiếm có giá thành rất
cao, vật liệu NdFeB còn có nhiệt độ Curie không cao lắm
(312oC) nên không sử dụng ở điều kiện khắc nghiệt được.
Nam châm đất hiếm có tích năng lượng từ kỷ lục là Nd2Fe14B
đ
ạ
t t
ớ
i 57 MGOe.
Hợp kim FePt và CoPt: Bắt đầu được nghiên cứu từ
những năm 1950s. Hệ hợp kim này có cấu trúc tinh thể
tứ giác tâm diện (fct), thuộc loại có trật tự hóa học L10,
có ưu điểm là có lực kháng từ lớn, có khả năng chống
mài mòn, chống ôxi hóa rất cao. Loại hợp kim này hiện
nay đang được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ
cứng.
Màng từ cứng đa lớp NdFeB và SmCo được tạo ra từ
phương pháp lằng đọng trên đế được nung nóng (heated
substrates) với pha phù hợp , cấu trúc vi mô,kết cấu vi
mô và tính chất từ của chúng đã được nghiên cứu.Bằng
cách chọn vật liệu nền thích hợp, nhiệt độ của đế và
chiều dày của màng mỏng, màng Nd2Fe14B có thể đạt
được lực kháng từ khoảng 1.5 T đền 2T.Chúng được
ứng dụng chủ yếu trong chế tạo đĩa cứng.