Síntese por sol gel de filmes de Y₃Fe₅O₁₂ sobre Si (100)

Abstract

No presente trabalho, combinando o método sol gel e o de deposição por centrifugação (spin coating) foram obtidos filmes de granada de ítrio e ferro (YIG) sobre substrato de silício Si (100). As análises por difração de raios-X (DRX) dos filmes obtidos com diferentes concentrações molares do sol (0;02 M; 0;04 M e 0;08 M) mostraram picos característicos da granada de ítrio e ferro, combinado com picos de Hematita (Fe2O3). As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) indicaram um aumento da porosidade na superfície do filme com o incremento da concentração molar. O estudo magnético mostrou um aumento nos valores de campo coercitivo (Hc) de 17;10 Oe até 51;27 Oe à medida que a concentração molar do sol aumentava de 0;02 M para 0;08 M. Os valores da largura de linha obtidos por ressonância ferromagnéticas (FMR) foram superiores a 300 Oe em todas as amostras. Para filmes de YIG crescidos sobre Si (100), com diferentes espessuras (134 nm, 246 nm, 376 nm e 489 nm) e concentração molar de 0;02 M, a caracterização estrutural por DRX mostrou a formação de uma única fase pertencente à granada de ítrio e ferro. A caracterização microestrutural mostrou filmes homogêneos, com uma diminuição da porosidade com o incremento da espessura. A análise magnética revelou um incremento de Hc de 10;54 Oe para 18;91 Oe com o incremento da espessura dos filmes de 110 nm para 489 nm, este fenômeno foi associado ao aumento do tamanho médio das partículas e mecanismos de ancoragem das paredes do domínio. Além disso, a largura de linha por FMR diminui de 110 Oe para 71 Oe, com o aumento da espessura do filme. Este resultado foi relacionado com a diminuição do amortecimento da superfície o que contribui com o amortecimento geral do filme. Para filmes obtidos com concentração molar de 0;06 M, pH entre 4 e 5 e espessuras de 424 nm, 594 nm, 1637 nm, os padrões de DRX, mostraram a presença da fase cúbica de YIG e a formação de uma fase ortorrômbica YFeO3, para maiores espessuras (594 nm, 1637 nm). As imagens de MEV mostram a formação de capas deslocadas e aumento da porosidade do filme. Para estes filmes, tanto o valor de Hc como a largura de linha por FMR aumentaram de 20;71 Oe e 27;45 Oe e de 119 Oe a 237 Oe, respectivamente, com o aumento da espessura do filme. Por outro lado, a deposição de um buffer de cromita de cobalto (CoCr2O4) permitiu a obtenção de um filme com uma superfície uniforme e pequenos poros na superfície. O valor de largura de linha por FMR foi de 97 Oe, enquanto o valor de Hc foi de 38;48 Oe. Finalmente, variando o método de deposição (utilizando 0 rpm), um filme foi obtido, apresentando uma superfície uniforme, com poros distribuídos uniformemente. A formação destes poros é provocada por um crescimento preferencial que o filme experimenta, conjuntamente com a deformação induzida pelo substrato à temperatura de sinterização. O valor da coercividade do filme é de 14;22 Oe e a largura de linha por FMR foi de 73 Oe.Dois resultados importantes são evidentes a partir dos resultados obtidos. Primeiro, os espectros de FMR se encaixam de maneira satisfatória com a função Lorentziana, e segundo os valores de largura de linha de FMR são menores que os reportados para YIG em silício usando métodos físicos dde obtenção. Nosso resultado confirma a eficiência do método sol gel para obter filmes de YIG sobre substrato de silício Si com baixa largura de FMR. No entanto, nossos valores ainda são maiores que os obtidos quando o YIG crescido sore substrato de GGG. A anisotropia dos grãos cristalinos orientados aleatoriamente, o tamanho médio de grão e poros na superfície do filme, são a principal causa do aumento da largura de linha de FMR, comparado com os valores obtidos sobre substrato de GGG. Em nosso estudo, esta suposição é apoiada pelas imagens de MEV da seção transversal e da superfície do filme das amostras. As imagens indicam que nossos filmes apresentam pequenos poros e alguns grãos da superfície.