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Revista Colombiana de F´sica,Vol. 40, No.1, Abril 2008 ı

Reflectividad DRX y Propiedades Magn´ ticas de Pel´culas e ı Delgadas de Hematita α − F e2O3
J.D. Uribe a , J. Osorio a , O. Arnache a , D. Girat´ a , A. Hoffmann a
a Instituto b Materials

b

de F´sica, Universidad de Antioquia. Medell´n. A.A. 1226, Colombia ı ı Science Division, Argonne Nacional Laboratory. Argonne, Illinois 60439Recibido 23 de Oct.2007; Aceptado 3 de Mar.2008; Publicado en l´nea 15 de Abr.2008 ı

Resumen En este trabajo se presenta un an´ lisis de medidas de reflectividad DRX y medidas magn´ ticas en pel´culas a e ı delgadas de hematita (α − F e2 O3 ) crecidas sobre sustratos de di´ xido de silicio (SiO2 ), usando la t´ cnica o e magnetron sputtering RF para diferentes tiempos de crecimiento. De lasmedidas de reflectividad DRX se calcul´ la tasa de cre-cimiento en funci´ n del tiempo, encontr´ ndose un espesor de 73 ± 1 nm por hora. o o a De las medidas de magnetizaci´ n como funci´ n de la temperatura, M(T), se observa que la magnetizaci´ n o o o incrementa linealmente con la temperatura hasta 160 K, este valor de temperatura esta relacionado con la transici´ n de Morin (TM ), que presentauna reducci´ n con respecto al valor reportado para las muestras o o en bloque. Finalmente, las curvas de magnetizaci´ n en funci´ n del campo magn´ tico a temperatura cono o e stante, M(H), presentan hist´ resis asociada al comportamiento d´ bilmente ferromagn´ tico de la pel´cula e e e ı de α − F e2 O3 y encontramos un valor de 970 Oe para el campo coercitivo (HC ) de la pel´cula delgada. ı ´Palabras Clave: Reflectividad DRX, magnetizaci´ n, pel´culas delgadas, oxidos de hierro, hematita. o ı Abstract This work is a study of low-angle reflectivity θ − 2θ x-ray diffraction (XRD) and magnetic measurements on hematite (α − F e2 O3 ) thin films. The samples were grown by RF magnetron sputtering on silicon dioxide (SiO2 ) substrates using different growth time. By low-angle reflectivity XRD wefound a thickness of 73 ± 1 nm/hour. Magnetization as a function of temperature, M(T), showed a linear increasing of magnetization from 5 K to 160 K, related with the Morin transition. The highest temperature value is the transition temperature (TM ), indicating a reduction of TM relative to bulk hematite value. Finally, we carried out measurements of magnetization as a function of applied magneticfield leaving the temperature constant, M(H). The loops exhibits hysteresis which is related to the weakly ferromagnetic behavior of α − F e2 O3 thin film. The value of coercive field was 970 Oe. Keywords: Reflectivity XRD, magnetization, thin films, iron oxides, hematite c 2008. Revista Colombiana de F´sica. Todos los derechos reservados. ı

1. Introducci´ n o ´ La hematita (α − F e2 O3 ) es un oxidode hierro termodin´ micamente estable con estructura cristalina hcp. a Es un material semiconductor con una brecha de energ´a ı alrededor de 2,0 eV. Entre la transici´ n de Morin (250 o K) y la temperatura de N´ el (960 K) la hematita pue

ra es d´ bilmente ferromagn´ tica debido a una peque˜ a e e n inclinaci´ n en la ali-neaci´ n de los planos antiferroo o magn´ ticos en su estructura, pordebajo de la transie ci´ n de Morin se comporta antiferromagn´ ticamente[1]. o e Recientes estudios se han enfocado en las propiedades ´ estructurales, opticas y el´ ctricas de las pel´culas dele ı gadas de α − F e2 O3 , debido a sus aplicaciones como

J.D. Uribe et al. Reflectividad DRX y Propiedades Magn´ ticas de Pel´culas Delgadas de Hematita e ı sensores de gas y de humedad y comorecubrimientos ´ opticos[2]. En deposiciones por pulverizaci´ n cat´ dica o o (sputtering), la naturaleza del sustrato, la temperatura, la presi´ n y la calidad del vac´o son algunos par´ meto ı a ros que influyen en las propiedades de las pel´culas[3]. ı Con este trabajo se pretende encontrar la tasa de crecimiento en el sistema magnetr´ n sputtering y determio nar las propiedades magn´ ticas m´ s...