Диссертация (1098006), страница 23
Текст из файла (страница 23)
При высоких частотах конденсаторный вклад в импеданс ячейкизначительно меньше, чем вклад от МИ элемента: | 1/ C || Z | . Тем не менее, этот вкладможет приводить к некоторому ослаблению чувствительности измеряемого импеданса квнешнему магнитному полю. Кроме того, возникают другие трудно контролируемые156вклады от микроволнового трека и соединений, которые не зависят от магнитного поля.Для уменьшения этого влияния все соединения должны быть как можно короче.4.3.2 Получение многослойных пленок и использование различного отжигадля достижения требуемой модификации магнитной структурыДетально технология получения NiFe/Au/NiFe пленок описана в наших работах[263-265].
Здесь приводятся необходимые пояснения, уделяя особое внимание методампреобразованиямагнитнойструктуры.Проблемапроизводствапленоксмагнитомягкими свойствами и требуемой для МИ анизотропией рассматривалась в рядеработ (см. [266-267]). Пленки производились методом rf –напыления на стеклянныеподложки (CM5 quality glass microscope slides, толщина- 0.8 мм). Каждый слойнаносился в соответствующей последовательности в течении одного и того жевакуумного процесса.
Скорости напыления были 2.35 Å/s для NiFe и 5.75 Å/s для Au.Использовался специальный магнитный держатель для подложки, способныйпроизводить поле порядка 60 Э, что позволяет индуцировать требуемую магнитнуюанизотропию (например, поперечную) в процессе напыления. При этом все слои (NiFe иAu) могут напыляться в течении единого цикла. Однако для того, чтобы установитьразличную анизотропию в магнитных слоях ( например, crossed anisotropy) , магнитноеполе должно прикладываться по-разному в каждом магнитном слое (например, подуглами 450 для нижнего и верхнего магнитных слоев). В этом случае пленкаизвлекается из вакуумной камеры для установления соответствующего направлениямагнитного поля при напылении следующего магнитного слоя.После напыления планарная геометрия МИ элемента создавалась с помощьюфотолитографии с использованием контактных масок.
Такой способ позволил получитьМИ пленочные элементы с планарными размерами: ширина-200, 100, 50, 20 и 10микрон; длина 2 mm and 5 mm. В качестве внутреннего проводника использовался слойAu , а неCu, что обусловлено технологическими особенностями (лучшаявоспроизводимасть результатов). На Рисунке 4.14 показаны геометрии структур,получающихся в процессе последовательного травления.157ФоторезистPhoto-resistNiFeAuNiFeGlasssubstrateподложка(а)коннекторыConnectionФоторезист AuAuPhoto-resistконнекторыpadNiFeNiFeGlasssubstrateподложкаМИMI elementэлемент(б)Рисунок 4.14. МИ элемент после первого травления (а) и после окончательноготравления (б).Было установлено, что для относительно широких пленок (ширина больше 200микрон) магнитная анизотропия соответствовала направлению магнитного поля впроцессе напыления.
Однако для более узких пленок магнитная анизотропияустанавливалась вдоль длины сандвича, игнорируя направление достаточно сильного (60Э) магнитного поля в процессе напыления, что связано с анизотропией формы.Интересно, что после отжигапри температуре 450oCмагнитная анизотропия,задаваемая магнитным полем в процессе напыления, восстанавливается.
Чтобыуменьшить возможный разброс осей анизотропииотжиг лучше проводить вприсутствии достаточно сильного магнитного поля (100Э), направленного также, как имагнитное поле при напылении. Также, отжиг можно производить во вращающемсямагнитном поле.4.3.3 Экспериментальные результаты для NiFe /Au / NiFe открытых структурНа Рисунках 4.15 а) и б) представлены полевые зависимости продольногоимпеданса zz , измеренные в трехслойных пленках до и после отжига.
Рисунок 4.15асоответствует случаю осевой анизотропии,а Рисунок 4.15б- поперечной, которая158устанавливается в системе после отжига. Полученные зависимости достаточно хорошосоответствуют теоретическим (ср. с Рисунком 4.4). Не очень большое изменениеимпеданса обусловлено высокой проводимостью NiFeпо сравнению с аморфнымсплавом. Значительное увеличение величины импеданса при увеличении частоты как разсвязано с увеличением импеданса всей ячейки, которое не зависит от магнитныхсвойств.
Соответственно, при более высоких частотах чувствительность измеряемогоимпеданса к магнитным свойствам может снижаться, не смотря на то, что импедансепленки по-прежнему сохраняет высокую чувствительность (Рисунок 4.16, 4.17). Такоеповедение импеданса в пленках наблюдалось в ряде работ, и был ошибочно сделанвывод, что МИ на частотах порядка сотен МГц ослабевает.(Ом))| Z | ( Ohm1615Продольнаяlongitudinalанизотропияanisotropyl = 5 mml=5 ммbb=50= 50mмm70 МГцhh=1.5= 1.5mмm70 MHz1451 МГц1351 MHz1211-50 -40 -30 -20 -10H010( Oe )ex (Э)Hex(а)203040Поперечная анизотропияtransverse anisotropyl = 5 mml=5ммb = 50 m11 b=50mм70 МГцh = 1.5h=1.5mмm1070 MHz12| Z | (Ом)( Ohm )17951 МГц51 MHz87506-50 -40 -30 -20 -1001020304050H Hex( Oe(Э) )ex(б)Рисунок 4.15. Полевые зависимости продольного импеданса в узком NiFe /Au /NiFe сандвиче с осевой анизотропией (а) и с поперечной анизотропией (б).
До отжигапленкт имеют осевую анизотропию. Поперечная анизотропия устанавливается врезультате отжига. Пунктирные кривые соответствует обратному ходу по магнитномуполю.Поскольку дополнительный вклад, который не зависит от поля, имеетиндуктивную или емкостную природу, реальная часть импеданса должна иметь высокуючувствительность относительно поля, поскольку параметр магнитной проницаемости ~сохраняет высокие значения. Это продемонстрировано на Рисунке 4.18 для пленки с159поперечной анизотропией. Если действительная часть импеданса изменяется более, чем| Z | ((Ом)Ohm )в два раза, то изменение мнимой части не превышает 15%.136132500 МГцl = 5 mm128500 MHzl=5 мм124b = 50 mb=50mм120h = 1.5mмmh=1.5116112460 МГц108460 MHz10410096-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50H( Oe )Hexex (Э)Рисунок4.16.
Полевые зависимости импеданса в пленках с продольнойанизотропией (до отжига) на высоких частотах (400-500 МГц).116112| Z | ((Ом)Ohm )108104100500500МГцMHzl = 5 mmb = 50 mh = 1.5 m96928884MHz460460МГцl=5 ммb=50 mмh=1.5 mм80-50 -40 -30 -20 -1001020304050H ex (Э)( Oe )HexРисунок 4.17. Полевые зависимости импеданса в пленках с поперечнойанизотропией (после отжига) на высоких частотах (400-500 МГц).16048l = 5 mmb = 50 m42h = 1.5 m500500МГцMHz24460460МГцMHzl=5 ммb=50 mмh=1.5 mм(a)18-50 -40 -30 -20 -10H010500 MHz1043630108Im ( Z ) ((Ом)Ohm )Re ( Z ) ((Ом)Ohm )54203040( Oe )Hexex (Э)l = 5 mm100b = 50 m500 МГцh = 1.5 m460 MHz969288848050l=5 ммb=50 mмh=1.5 mм460 МГц(b)(б)-50 -40 -30 -20 -1001020304050( Oe )HHexex (Э)Рисунок 4.18.
Полевые зависимости реальной (a) и мнимой (b) частей импедансадля пленки с поперечной анизотропией.Аналогичные результаты были получены также для пленок длиной 2 мм.Следовательно, МИ высокочувствительная пленка может быть достаточно миниатюрнойи может быть легко встроена в интегральную схему. В этом состоит основноепреимущество Ми в пленочных структурах.Рисунок 4.19. МИ характеристики в сандвичах NiFe / Au /NiFe длиной 5мм ишириной 100 микрон для различных частот: 1 - 40MHz (а), 50 - 100MHz (б).161Для более широких пленок (100 микрон) результаты получаются болееаккуратными, и для не очень высоких частот (до 100 МГЦ) существенного подъемаимпеданса с частотой не наблюдается, как видно из рисунка 4.19. Это полностьюсоответствует теоретическим результатам.Относительное изменение импеданса можно увеличить с помощью болеесовершенного метода наведения поперечной анизотропии.Температура отжигапревышает температуру Кюри, отжиг и охлаждение происходят медленно в присутствиипоперечного магнитного поля.Это почти полностью устраняет напряжения,возникающие на интерфейсах.
В результате, уменьшается как разброс осей анизотропии,так и величина эффективного поля анизотропии (до 7 Э), что приводит к существенномуувеличению чувствительности МИ.Дальнейшее усовершенствование может быть получено с использованиемизолирующих слоев между внутренним проводящим и внешними магнитными слоями,как было впервые предложено в [65-66]. В качестве изолирующих слоев использовалсяAl2O2 слой толщиной несколько нанометров. МИ на уровне 80% достигается в такойсистеме при частоте 60 МГц (Рисунок 4.20). При более высоких частотах начинаютсказываться влияние измерительной ячейки и МИ отношение падает.Рисунок 4.20.Полевые зависимости MI отношения (∆/ ) в пленочныхструктурах NiFe/ Al2O2 / Au / Al2O2 / NiFe длиной 5 мм и шириной 100µ при различныхчастотах:1 -40MHz (a), 50 - 100MHz (б).1624.3.4 NiFe /Au / NiFe, влияние конфигурации магнитного потокаИсследовалосьтакжевлияниегеометрическойконфигурациипленочныхструктур на МИ эффект.
Различные структуры представлены на Рисунке 4.21: открытаяструктура (с незамкнутым магнитным потоком), структура с замкнутым магнитнымпотоком, кастелированная структура.Рисунок 4.21.ИмпредансныеГеометрические конфигурации NiFe / Au / NiFe структур.характеристики,приведенныевыше,былиполученысиспользованием открытых структур (незамкнутый магнитный поток).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
