Взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств в пленках Co-Ni-Fe и в системе Co-IrMn (1102500), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Впервые обнаружены нелинейности в зависимости соотношения фракций гцк иоцк структурных фаз в сплаве Co-Ni-Fe, параметров гцк и оцк решёток этих фази намагниченности насыщения от химического состава сплава. Установлено,что эти нелинейности связаны с конкуренцией нанокристаллических гцк и оцкфаз,приводящейкусилениюнамагниченностипосравнениюсполикристаллическими материалами того же состава.2.
Установлено,чтообменноесмещениевсистемеферромагнетик/антиферромагнетик с IrMn слоем, нанесённым на Co-слой,может быть инициировано путём отжига в магнитном поле при температуресущественно ниже, чем температура Нееля для массивных ферромагнетиков.3. Показано, что последовательность нанесения слоёв Co и IrMn в системеферромагнетик/антиферромагнетик Mo/Co/IrMn/Mo принципиально меняет еёспособность к наведению обменного смещения методом термического отжига вприсутствии магнитного поля.Практическая значимость.Разработанная в диссертации методика электрохимического осаждения плёнокможет быть использована в тонкоплёночных технологиях магнитных считывающих изаписывающих головок, магнитомягких подслоёв в средах хранения информации сперпендикулярной намагниченностью, при разработке технологии фиксированных имагниточувствительных слоёв в устройствах спинтроники.
Обнаруженные7вдиссертации нелинейности в зависимости структурных и магнитных параметров отхимическогосоставатройногосплаваCo-Ni-Feразвиваютсуществующиепредставления о взаимосвязи композиционных, структурных и магнитных свойств вплёнках тройных ферромагнитных сплавов. Обнаруженный в диссертации эффектвлияния очерёдности осаждения ФМ и АФМ слоёв на магнитные свойства ФМ/АФМсистем должен учитываться при создании спин-диодов и других устройствспинтроники.Автор защищает:1.Разработаннуюметодикуэлектрохимическогоосаждениятонкихнанокристаллических двухфазных Co-Ni-Fe плёнок без органических добавок вэлектролите на совместимую с кремниевой технологией подложку.2.Впервые обнаруженную нелинейную зависимость соотношения гцк и оцкфракций, параметров решёток гцк и оцк зёрен и намагниченности насыщения отхимического состава.3.Впервые обнаруженный эффект превышения намагниченности насыщения Co-NiFe плёнок по сравнению с двухкомпонентными поликристаллическими сплавамипереходных элементов.4.Эффект возникновения обменного смещения в системе IrMn/Co при температуре,существенно меньшей температуры Нееля.5.Вывод о влиянии очерёдности нанесения слоёв Co и IrMn в многослойнойструктуре Mo/Co/IrMn/Mo на способность к наведению обменного смещения путёмтермического отжига.Достоверностьполученныхрезультатовобеспеченаиспользованиембольшого набора современных экспериментальных методов и, на этой базе, детальнымрассмотрением физических явлений и процессов, определяющих магнитные свойстваструктуры.Личный вклад диссертанта состоит в разработке методики электрохимическогоосаждения для получения образцов с требуемыми свойствами, в проведенииисследований магнитных свойств полученных образцов методом ферромагнитного8резонансного поглощения, в проведении анализа экспериментальных результатовкомпозиционных, структурных и магнитных исследований.Апробация результатов работы.Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в работах [А1−А16] идокладывались на следующих конференциях: XXXV международная конференции пофизике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 2005; MoscowInternational Symposium of Magnetism (MISM), 25-30 June, Moscow; III Joint EuropeanMagnetic Conference, San Sebastian, 26-30 June, 2006 ; конференциях «Ломоносовскиечтения» 2007 и 2008 гг, конференции «Ломоносов» 2007 г; 52nd Annual Conference onMagnetism and Magnetic Materials, Nov.
5-9, 2007, Tampa, Florida, USA; MoscowInternational Symposium on Magnetism, MISM 2008, June 20-25, Moscow.Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,заключения и списка цитируемой литературы из 86 наименований. Объём работысоставляет 87 страниц текста, включая 50 рисунков и 2 таблицы.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы, поставлены задачиисследования, дананализнаучной новизны полученныхрезультатов иихпрактической ценности, а также приведены положения, выносимые на защиту.В первой главе представлен обзор работ, посвящённых исследованию основныхфункциональных свойств Co-Ni-Fe плёнок и ФМ/АФМ структур.В разделе 1.1 приводятся сведения об электрохимическом осаждении исвойствах магнитомягких нанокристаллических тонких плёнок Co-Ni-Fe. Обсуждаетсявлияние условий осаждения на магнитные свойства сплава. Рассматривается связькристаллической структуры и химического состава с магнитными свойствами сплава.Приведены зависимости намагниченности насыщения и коэрцитивной силы взависимостиоттолщиныплёнки.Рассматриваютсякоррозионнаястойкость,термическая стабильность и высокочастотные свойства плёнок Сo-Ni-Fe с точкизрения возможности их применения в различных устройствахРаздел 1.2 посвящён описанию проявления обменного взаимодействия междуслоями в ФМ/АФМ структурах.
Рассматривается роль толщины слоёв, влияниешероховатостииразмеразернана9обменноесмещение.Обсуждаютсяэкспериментальные методы исследования обменного смещения, а также причинывыбора системы Сo/IrMn в качестве объекта исследования.В заключении первой главы в разделе 1.3 приводятся выводы из обзоралитературы и ставится задача исследования.Во второй главе даётся описание способов получения исследованных в работеобразцов, описаны использованные методики, а также условия, при которыхпроводились эксперименты.Раздел 2.1 посвящён методике электрохимического осаждения (ЭХО) плёнокCo-Ni-Fe сплава. Вертикальные плоские электродыопускались в прямоугольнуюкювету, содержащую 50 мл электролита комнатной температуры, состав которого былоптимизирован.
Кислотность электролита варьировалась в пределах от 1.5 рН до 3 рНза счёт добавления разбавленной серной кислоты. В процессе осаждения плёнокприкладывалось постоянное магнитное поле напряжённостью приблизительно 800 Э инаправленное вдоль плоскости плёнки для получения одноосной магнитнойанизотропии.ОсаждениепроводилосьнамногослойнуюCu(250nm)/Cr(25nm)/SiO2(300nm)/Si-подложку для улучшения адгезии. Величина токаосаждения поддерживалась автоматически с помощью потенциостата Wenking LT87К,плотность которого варьировалась в пределах 3-40 мА/см2. Для получения плёнокразличной толщины менялось время осаждения.
Плёнки имели однороднуюповерхность и характерный металлический блеск.Методика импульсного лазерного осаждения (ИЛО) структур Co/IrMn описана вразделе 2.2. Образцы изготовлялись при комнатной температуре в ультравысокомвакууме (базовое давление P~10-8 Торр) в отсутствии внешнего магнитного поля. Вкачестве подложки использовались пластины окисленного кремния, на поверхностькоторых наносился тонкий (10 нм) слой Мо, улучшающий адгезию и служащийзатравочнымслоемдляформированиянанокристаллическоймикроструктурыпоследующего слоя. Такой же слой Мо наносился на поверхность в качествезащитного слоя от коррозии.
Между этими двумя слоями Мо осаждалась двухслойнаяструктура Сo/IrMn в двух альтернативных последовательностях осаждения cлоёв: водном случае на слой Co (5нм) осаждалась плёнка IrMn (10 нм) (Co/IrMn или TSструктура), в другом же на IrMn (10 нм) наносился слой Co (5 нм) (IrMn/Co или BSструктура).Толщиныслоёвпроверялисьрезерфордовского рассеяния.10спомощьюметодаобратногоПосле осаждения образцы отжигались в течение 30 мин в атмосфере аргона принормальном давлении и температуре Tanneal от 1000С до 2500С с последующиммедленным охлаждением в присутствии магнитного поля напряжённостью 1200 Э,направленным в плоскости плёнки вдоль одной из сторон прямоугольного образца.Установка термохимического отжига позволяла откачивать рабочий объем додавления 1 мбар, производить напуск требуемого газа с контролем давления сточностью до 1 мбар, поддерживать температуру с точностью 1 0С .В разделе 2.3 подробно описана методика резерфордовского обратногорассеяния (РОР) для определения толщин слоёв, изображена схема экспериментальнойустановки, приведены спектры РОР.
Даётся сравнение толщин, определённых РОР и спомощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).Приводятся расчёты величины аккумулированного в процессе осаждениязаряда, даётся оценка «эффективного заряда квазимолекулы» сплава, учитывающегоперенос заряда всеми ионами. Сравнивая величину аккумулированного заряда итолщину образовавшейся Co-Ni-Fe плёнки построена зависимость эффективностиработы тока от плотности тока осаждения.В разделах 2.4 и 2.5 описаны методики определения химического и структурнофазового состава Co-Ni-Fe плёнок. Состав плёнок оценивался с помощьюэнергодисперсионногоанализахарактеристическогорентгеновскогоизлучения(XEDS) в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) LEO-Karl-Zeiss-1430vp,оснащённом XEDS приставкой. Приведены некоторые спектры XEDS.
Измеренияпроводились при энергиях электронного пучка 10 кэВ и 20 кэВ. Датчиком излученияслужилполупроводниковыйдетекторсорганическим(формвар)окном,обеспечивающим порог регистрации около 0.6 кэВ.В разделе 2.6 даётся описание экспериментальных методик исследованиямагнитных свойств тонкоплёночных структур: ферромагнитный резонанс (ФМР),магнито-оптический эффект Керра, вибрационная магнитометрия. ФМР спектрыполучены на установке BRUKER Elexsys E580 с частотой СВЧ накачки 9,65 ГГц.Использовался резонатор прямоугольного типа Е102. На катушки Гельмгольцаподавался модулирующий ВЧ сигнал частотой 100 кГц.Намагниченность насыщения IS и поле анизотропии HK определялись методомФМР в полях внешнего магнитного поля до 5 кЭ, прикладываемого вдоль осей лёгкого(ОЛН) и трудного (ОТН) намагничивания, используя соотношения Киттеля:11ω 2 = γ 2 ( H REA + Hk )( H REA + Hk + 4πI s )(1a)ω 2 = γ 2 ( H RHA − H k )( H RHA − H k + 4πI s )(1б)где ω=2πf - частота приложенного СВЧ-поля, γ=ge/(2mc)≈g·8.79·106(Гс·сек)-1гиромагнитное отношение, HREA и HRHA значения полей, при которых достигаетсярезонанс вдоль ОЛН и ОТН направлений.Третья глава посвящена исследованию структурных и магнитных свойств CoNi-Fe плёнок.
В разделе 3.1 обсуждается структурно-фазовый состав плёнок,приведены моделированные угловые рентгено-дифракционные распределения для оцк(α-Fe), гцк (Ni) и гпу (Co) решёток. Размер зёрен и возможность формированиянанокристаллической структуры магнитной плёнки рассматривается в разделе 3.2.В разделе 3.3 приводится зависимость соотношения гцк/оцк фракций от составатройного сплава. Для изучения эффектов, связанных с составом тройного сплавапредложено заменить комбинацию двух независимых параметров состава тройногосплава на один – среднее число электронов на один атом сплава:ne = 27x+28y+26z,(2)где x,y и z - концентрации Co, Ni и Fe в сплаве соответственно, и x+y + z = 1.На рис. 2а показан натуральный логарифм от отношения интенсивностей гцк- иоцк- фракций (Afcc/Abcc) как функция числа электронов, приходящихся на один атом neCo-Ni-Fe сплава.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
