In dieser Arbeit wurden mit der gepulsten Laserdeposition Nd-Fe-B-Schichten abgeschieden. Diese Schichten wurden auf einem geheizten Substrat deponiert und reagierten zu der hart-magnetischen Nd2Fe14B-Phase. Eine weitere Phase in den Schichten ist Neodym aufgrund der berstchiometrischen Abscheidung von Neodym zur Untersttzung der Phasenbildung von Nd2Fe14B und zur Entkoppelung der Nd2Fe14B-Krner. Fr die Mikrostruktur und die magnetischen Eigenschaften der Schichten sind die Grenzflchen zum Substrat und zur Umgebung von entscheidender Bedeutung, da sich die berwiegende Anzahl der Krner im Kontakt mit zumindest einer der beiden Grenzflchen befindet. Aus diesem Grund stand die Untersuchung des Einflusses der Grenzflchen auf das Wachstum, die Mikrostruktur und die magnetischen Eigenschaften der Nd-Fe-B-Schichten im Mittelpunkt der Arbeit. Die Nd-Fe-B-Schichten wurden sowohl auf Chrom- als auch auf Tantalbuffern deponiert. Ein Buffer wurde zur Einstellung der Mikrostruktur und zum Schutz der Nd-Fe-B-Schicht vor Diffusion und Reaktionen mit den Elementen des Substrates benutzt. Die Nd-Fe-B-Schichten, die auf dem Chrombuffer abgeschieden wurden, zeigen eine starke Abhngigkeit der magnetischen Eigenschaften von der Depositionstemperatur. Die Charakteristik der Schichten ndert sich mit steigender Depositionstemperatur von magnetisch isotrop zur Vorzugsorientierung der Magnetisierung in Richtung parallel der Substratnormalen. Die Ausbildung der Vorzugsorientierung wird durch einen Selektionsprozess whrend des Wachstums von Nd2Fe14B-Krnern erklrt, der Krner mit der c-Achse parallel zur Substratnormalen bevorzugt. Allerdings enthalten die Nd-Fe-B-Schichten, die auf dem Chrombuffer abgeschieden wurde, neben Nd2Fe14B Fremdphasen und oberhalb von 540 C Nd2O3. Die Bildung dieser Phasen wird auf das Versagen der passivierenden Eigenschaften des Buffers zurckgefhrt, das in der Diffusion von Chrom in die Nd2Fe14B-Phase seine Ursache hat. Aus diesem Grund wurde das gegen Reaktionen mit Nd2Fe14B inerte Tantal als Buffermaterial benutzt. Auch der Tantalbuffer kann die Nd-Fe-B-Schicht nicht bei allen Depositionstemperaturen vor der Sauerstoffdiffusion aus dem Substrat schtzen. Allerdings liegt bei diesem Buffer die kritische Temperatur mit 650 C deutlich hher. Die Schichten, die auf dem Tantalbuffer deponiert wurden, zeigen eine starke Abhngigkeit der Mikrostruktur und der magnetischen Eigenschaften von der Depositionstemperatur. Die bei tiefen Depositionstemperaturen abgeschiedenen Schichten wachsen als zusammenhngende Schicht auf und zeigen eine magnetische Vorzugsorientierung mit der magnetisch leichten Richtung parallel zur Substratnormalen. Mit steigender Depositionstemperatur verbessert sich die Ausprgung der magnetischen Vorzugsorientierung bis das Maximum der vollstndigen Ausrichtung aller magnetischen Momente parallel zur Substratnormale erreicht ist. Die Topologie dieser Schichten weist einzeln stehende Nd2Fe14B-Krner auf, was durch ein nicht benetzendes Verhalten von Nd2Fe14B auf Tantal erklrt wird. An Schichten, die bei Depositionstemperaturen um 630 C auf dem Tantalbuffer abgeschieden wurden, konnte das epitaktische Wachstum von Nd2Fe14B nachgewiesen werden. Auch die Schichten mit den epitaktisch gewachsenen Nd2Fe14B-Krnern zeigen die Mikrostruktur der isoliert voneinander stehenden Krner. Obwohl die Korngre dieser Krner etwa 2 m betrgt, zeigen diese Schichten neben dem hohen Remanenz- zu Sttigungsmagnetisierungsverhltnis ein Koerzitivfeld von bis zu 2 T. Diese hohen Werte des Koerzitivfeldes werden durch die Vermeidung des Einbaus von Defekten in den Krnern erreicht. Zusammenfassend knnen diese Schichten als mikrometergroe und parallel zueinander angeordnete Einkristalle beschrieben werden. Aus diesem Grund konnten mit diesen Schichten Einkristallmessungen wie die Temperaturabhngigkeit der Sttigungspolarisation und des Spinreorientierungswinkels reproduziert werden. Aufgrund des epitaktischen Wachstums von Nd2Fe14B auf Tantal(110) konnte auch auf amorphen Substraten eine ausgezeichnete Vorzugsorientierung der leichten Achsen parallel zur Substratnormalen erreicht werden. Dabei wird ausgenutzt, dass der Tantalbuffer auch auf einem amorphen Substrat aufgrund der Wachstumauslese texturiert aufwchst und auf den einzelnen Krnern des texturierten Tantalbuffers die Nd2Fe14B-Krner lokal epitaktisch nukleieren knnen. Die Nd2Fe14B-Krner dieser Schichten sind nicht isoliert voneinander, sondern zeigen eine zusammenhngende Topologie. Diese Schichten besitzen ein Koerzitivfeld von etwa 1,3 T. Es wurde damit gezeigt, dass die Abscheidung hochremanenter und hochkoerzitiver Schichten auch auf amorphen Substraten mglich ist. Da Nd2Fe14B eine leicht oxidierende Phase ist, mssen die Nd-Fe-B-Schichten vor Korrosion geschtzt werden. So wurde gezeigt, dass das Koerzitivfeld bei an Luft gelagerten Schichten innerhalb von einer Woche auf die Hlfte des ursprnglichen Wertes gefallen war. Dieser Abfall konnte durch Defekte bzw. weichmagnetische Phasen als Ergebnis der Oxidation an den Oberflchen der Nd2Fe14B-Krnern erklrt werden. Die Verhinderung der Oxidation und damit der Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften konnte sehr effektiv, d.h. ohne eine messbare Vernderung der magnetischen Eigenschaften ber einen Zeitraum von 6 Monaten; durch die Abscheidung einer Chromdeckschicht erreicht werden. Zur Verhinderung der Diffusion von Chrom in die Nd2Fe14B-Krner wurde die Deckschicht erst bei Temperaturen unterhalb von 250 C deponiert.

Titel
Wachstum, Mikrostruktur und hartmagnetische Eigenschaften von Nd-Fe-B-Schichten
EAN
9783736912779
ISBN
978-3-7369-1277-9
Format
E-Book (pdf)
Herausgeber
Veröffentlichung
13.11.2004
Digitaler Kopierschutz
Wasserzeichen
Dateigrösse
1.17 MB
Anzahl Seiten
110
Jahr
2004
Untertitel
Deutsch