Исследование структуры и магнитных свойств толстых пленок BaFe₁₂O₁₉, полученных методом шликерного литья

Анизотропные толстые пленки гексагонального феррита бария BaFe₁₂O₁₉ применяют при конструировании и производстве микрополосковых устройств СВЧ-электроники, устройств спинволновой электроники и магноники. Цель работы — исследование кристаллической структуры и магнитных свойств пленок BaFe₁₂O₁₉ разной толщины. Пленки получали методом шликерного литья. Исходный материал — ферритизированный порошок гексаферрита бария, синтезированный методом стандартной керамической технологии. В качестве пленкообразователя использовали поливинилбутираль, в качестве растворителей — этиловый спирт, бутилацетат и дибутилфталат. Соотношение порошка BaFe₁₂O₁₉ к пленкообразователю с растворителями составляло 70/30, толщина полученных пленок после спекания — 73, 340 и 770 мкм. Рентгеновский фазовый анализ образцов проводили с помощью автоматизированного рентгеновского дифрактометра ДРОН-4, петли магнитного гистерезиса объектов исследования регистрировали при комнатной температуре. Установлено, что основная фаза пленок — гексаферрит бария (параметры кристаллической решетки: a = 5,88 Å, c = 23,19 Å). Обнаруженная на дифрактограммах примесь, вероятно, относится к пленкообразователю и растворителю. Показано, что коэрцитивная сила синтезированных пленок составляет ~3 кЭ, остаточная удельная намагниченность — 20 – 26 эму/г, а величина степени магнитной текстуры находится в пределах 10,98 – 15,70, что говорит об анизотропии образцов. Полученные результаты могут быть использованы при производстве и совершенствовании устройств магнитоэлектроники, СВЧ-микроэлектроники, а также спинволновой электроники и магноники.

1. Letyuk L. M., Kostishin V. G., Gonchar A. V. Technology of ferrite materials of magnetoelectronics. — Moscow: MISIS, 2005. — 352 p. [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-12-44-52

2. Smit J., Wijn H. Ferrites. Physical properties of ferrimagnetic oxides in relation to their technical applications. — Eindhoven: Philips Technical Library, 1959. — 369 p.

3. Altman A. B., Vernikovsky E. E., Gerber A. N., et al. Permanent magnets. Handbook. — Moscow: Energiya, 1980. — 488 p. [in Russian].

4. Mishin D. D. Magnetic materials: textbook for universities. — Moscow: Vysshaya shkola, 1991. — 384 p. [in Russian].

5. Pullar R. C. Hexagonal ferrites: a review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics / Progr. Mater. Sci. 2012. Vol. 57. No. 7. P. 1191 – 1334. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001

6. Pardavi-Horvath M. Microwave applications of soft ferrites / J. Magnet. Magnetic Mater. 2000. Vols. 215 – 216. P. 171 – 183. DOI: 10.1016/s0304-8853(00)00106-2

7. Harris V. G. Modern microwave ferrites / IEEE Trans. Magnet. 2011. Vol. 48. No. 3. P. 1075 – 1104. DOI: 10.1109/tmag.2011.2180732

8. Ustinov A., Kochemasov V., Khasyanova E. Ferrite materials for microwave electronic devices. Main selection criteria / Electronics NTB. 2015. No. 8(00148). P. 86 – 92 [in Russian].

9. Shalaby M., Peccianti M., Ozturk Ya., Morandotti R. A magnetic non-reciprocal isolator for broadband terahertz operation / Nat. Comm. 2013. Vol. 4. No. 1. P. 1558. DOI: 10.1038/ncomms2572

10. Petrov V. V., Ivanova V. I. Hexaferrites — a promising material for microwave devices in the millimeter wavelength range / Proc. of the XXIII All-Russian Conf. «Electromagnetic field and materials (Fundamental Physical Research)». — Moscow: INFRA-M, 2015. P. 7 – 24 [in Russian].

11. Medvedev S. A., Pollak B. P., Cheparin V. O., et al. Development, research, and application of hexaferrite single crystals — new microwave radio materials / Reports of the scientific and technical conference on the results of research in 1968 – 69. Radio Engineering Section. — Moscow: MPEI, 1969 [in Russian].

12. Harris V., Chen Z., Chen Y., et al. Ba-hexaferrite films for next generation microwave devices (invited) / J. Appl. Phys. 2006. Vol. 99. No. 8. DOI: 10.1063/1.2165145

13. Capraro S., Chatelon J., Le Berre M., et al. Barium ferrite thick films for microwave applications / J. Magnet. Magnetic Mater. 2004. Vol. 272 – 276. P. E1805 – E1806. DOI: 10.1016/j.jmmm.2003.12.871

14. Zhang X., Yue Z., Li L. Orientation growth and magnetic properties of BaM hexaferrite films deposited by direct current magnetron sputtering / J. Am. Ceram. Soc. 2015. Vol. 99. No. 3. P. 860 – 865. DOI: 10.1111/jace.14007

15. Chen D., Wang G., Chen Z., et al. Highly c-axis oriented, self-biased and low loss barium ferrite thin films by sol-gel method / Mater. Lett. 2016. Vol. 189. P. 229 – 231. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.12.026

16. Yu C., Sokolov A., Kulik P., Harris V. Stoichiometry, phase, and texture evolution in PLD-Grown hexagonal barium ferrite films as a function of laser process parameters. http://arxiv.org/abs/1904.03157 (access 01.12.25).

17. Fan L., Zheng H., Shen S., et al. Film-thickness dependence of the morphology, crystal structure and magnetic properties of BaFe12O19 films prepared by pulsed laser deposition / J. Electron. Mater. 2019. Vol. 48. No. 9. P. 5717 – 5722. DOI: 10.1007/s11664-019-07378-1

18. Chen T., Chen Y., Sakai T., et al. Screen printed thick self-biased, low-loss, barium hexaferrite films by hot-press sintering / J. Appl. Phys. 2006. Vol. 100. No. 4. DOI: 10.1063/1.2221527

19. Levin B. E., Tretyakov Yu. D., Letyuk L. M. Physicochemical principles of obtaining, properties and application of ferrites. — Moscow: Metallurgiya, 1979. — 473 p. [in Russian].

20. Kostishyn V. G, Trukhanov A. V., Alekseev A. A., et al. Crystal and magnetic structure of hexagonal anisotropic polycrystalline ferrites SrFe12O19 obtained by radiation-thermal sintering / Modern Electron. Mater. 2025. Vol. 11. No. 2. P. 111 – 123. DOI: 10.3897/j.moem.11.2.163141

21. Kaneva I. I., Kostishin V. G., Andreev V. G., et al. Obtaining barium hexaferrite brand 7BI215 with isotropic properties / Izv. Vuzov. 2015. No. 3. P. 183 [in Russian]. DOI: 10.17073/1609-3577-2014-3-183-188

22. Timofeev A. V., Kostishin V. G., Chitanov D. N. The influence of powder ferritization technology on the degree of magnetic texture in plates of BaFe12O19 and SrFe12O19 hexaferrites / Tech. Phys. Lett. 2019. Vol. 45. No. 4. P. 401 – 403 [in Russian]. DOI: 10.1134/s106378501904031x