Автореферат (1103626), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Как следствие этого, при определенныхтолщинахнемагнитногослоявозможнаантипараллельнаяориентациянамагниченности в соседних магнитных слоях. Именно для такой конфигурациимагнитных моментов в многослойных структурах было обнаружено гигантскоемагнитосопротивление (ГМС) [33], на основе которого были созданымагниторезистивные считывающие головки.В разделе 3.2 приведены результаты измерений зависимости экваториальногоэффекта Керра (ЭЭК) от толщины немагнитных слоев трехслойных образцовFe/Мо, Zr/Fe и Cо/Мо/Со.Нарисунке6представленытипичныезависимостивеличиныэкваториального эффекта Керра () от толщины немагнитных слоев в трехслойныхобразцах Fe/Мо Zr/Fe.Рис.
6 Зависимости величины ЭЭК от толщины немагнитных слоев tMo (а) иtZr (б), наблюдаемые для трехслойных образцов Fe/Мо, Zr/Fe с tFe = 2,5 нм в магнитномполе, приложенном вдоль направления D114Приведенные на рисунке 6 данные свидетельствуют о том, что в изучаемыхтонкопленочных образцах с фиксированной толщиной магнитного слоя наблюдаетсяуменьшение ЭЭК с ростом толщины немагнитного слоя. Объяснение этого явлениясостоит в следующем. Увеличение толщины немагнитной прослойки прификсированной толщине магнитного слоя сопровождается уменьшением объемногоотношения магнитной фазы к немагнитной. В результате вклад магнитной фазы вмагнитооптический сигнал уменьшается.В разделе 3.3 рассмотрены результаты исследования структурных и магнитныхсвойств трехслойных FeNi и FeNi/Ti/FeNi образцов.
Результаты АСМ измеренийморфологии поверхности изучаемых образцов, обработанные в программе Nova,показали, что средняя шероховатость изучаемых FeNi и FeNi/Ti/FeNi образцов непревышает 0.8 нм.Измерения магнитных характеристик FeNi пленок показали, что значение полянасыщения, НS, образцов с tFeNi = 340 нм практически на порядок больше по сравнениюс НS пленок с tFeNi = 170 нм (60 Э вместо 3 Э).
Вместе с тем результаты измерениймагнитных характеристик трехслойных FeNi/Ti/FeNi образцов с толщиной FeNi слоя,равной 170 нм, и варьирующейся толщиной Ti слоя свидетельствовали о сильномвлиянии Ti слоя на значение поля насыщения (см. рисунок 7).Рис. 7 Кривые намагничивания, наблюдаемые для тонкопленочныхFeNi/Ti/FeNi систем с толщиной Ti слоя, равной 2, 5 и 15 нм, в магнитном поле,приложенном вдоль D1 и D2 направлений и зависимость поля насыщения от толщиныTi слоя15Анализ данных, приведенных на рисунке 7, показывает, что наименьшеезначение поля насыщения наблюдается для образца с толщиной титановой прослойки,равной 5 нм. Этот результат предопределял использование трехслойныхFeNi (170 нм)/Ti (5 нм)/FeNi (170 нм) образцов в качестве структурных элементов приразработке биологических и магнитных сенсоров, в которых может быть достигнутамаксимальная и достаточно высокая чувствительность магнитоимпеданса (МИ) квнешнему магнитному полю.
Результаты дальнейших исследований подтвердили этотфакт.В разделе 3.4 приведены результаты исследования FeN и FeN/SiО/FeNобразцов, обработанных 35% раствором уксусной кислоты при отсутствии и наличиипостоянного магнитного поля Н = 50 Э, приложенного параллельно/перпендикулярноповерхности образца в течение 60 секунд. Для иллюстрации полученных данных нарисунках 8 – 10 представлены результаты измерений локальных кривыхнамагничивания исходных FeN/SiО/FeN трехслойных образцов и образцов,обработанных раствором уксусной кислоты.Рис.
8 Приповерхностные локальные кривые намагничивания, наблюдаемыедля исходного трехслойного образца в магнитном поле, приложенном вдоль ОЛН (а) иОТН (б)Рис. 9 Приповерхностные локальные кривые намагничивания, наблюдаемыедля трехслойного образца FeN в магнитном поле, приложенном вдоль ОЛН (а) иОТН (б), после его обработки в растворе уксусной кислоты в магнитном поле,приложенном параллельно поверхности образца16Рис. 10 Приповерхностные локальные кривые намагничивания, наблюдаемыедля трехслойного образца FeN в магнитном поле, приложенном вдоль ОЛН (а) иОТН (б), после его обработки в растворе уксусной кислоты в магнитном поле,перпендикулярном поверхности образцаВ целом анализ полученных данных для однослойных FeN и FeN/SiО/FeNтрехслойных образцов показал следующее:1.Все исходные образцы характеризуются достаточно высокой однородностьюлокальных магнитных свойств. Различия локальных значений коэрцитивной силы иполя насыщения, HSЛОК, вдоль оси легкого намагничивания исходных однослойныхобразцов не превышают 5 %.2.Уменьшение толщины магнитного слоя в трехслойных исходных FeN образцахсопровождается уменьшением локальных значений поля насыщения примерно в трираза по сравнению с исходными однослойными образцами.
Различия локальныхзначений коэрцитивной силы и поля насыщения, HSЛОК, вдоль оси легкогонамагничивания исходных образцов не превышают 4 %.3.Однородность локальных магнитных свойств FeN образцов понижается послеих травления. В частности, после травления однослойных и трехслойных образцовразличия локальных значений, HSЛОК, становятся порядка 25 и 15 % соответственно.При этом значения HSЛОК увеличиваются соответственно примерно в 1.5–2 и 3 раза посравнению с исходными образцами.Полученные данные были объяснены появлением неоднородностей(шероховатости) на поверхности изучаемых образцов, сопровождающимся усилениемвлияния полей рассеяния на измеряемые магнитные характеристики.
Дляподтверждения этого факта была изучена морфология поверхностей исходныхобразцов и после их травления. Исследования были выполнены на магнитооптическоммикромагнитометре, сопряженного через цифровую камеру DCM500 с компьютером.Фактически был применен хорошо известный метод исследования шероховатостиповерхности, основанный на использовании низкокоэрцитивной феррит-гранатовой(ФГ) висмут-содержащей пленки в качестве индикатора полей рассеяния. Подробнорезультаты, получаемые при проведении исследований приповерхностной морфологии17образцов с помощью индикаторной феррит-гранатовой пленки, будут описаны вследующем разделе.В разделе 3.5 представлены результаты исследования однослойных FeN иFeN/SiО/FeN трехслойных образцов, обработанных в течение 60 секунд 35% растворомфосфорной кислоты при отсутствии и наличии постоянного магнитного поля Н = 100,200, 300 и 50 Э, приложенного параллельно или перпендикулярно поверхностиобразца.
Для иллюстрации на рисунках 11–13 приведены типичные локальные кривыенамагничивания, полученные для исходного однослойного FeN образца и химическиобработанных фосфорной кислотой в магнитном поле, приложенном в процессетравления параллельно (рисунок 12) и перпендикулярно (рисунок 13) оси легкогонамагничивания. На этом же рисунке представлены типичные доменные структуры,наблюдаемые для висмут-содержащей ФГ пленки, находящейся в оптическом контактес изучаемыми образцами.Рис. 11 Типичные приповерхностные локальные кривые намагничивания (леваяпанель) и вид доменной структуры феррит-гранатовой пленки (правая панель),находящейся в оптическом контакте с исходным FeN однослойным образцомРис.
12 Типичные приповерхностные локальные кривые намагничивания (леваяпанель) и вид доменной структуры феррит-гранатовой пленки (правая панель),находящейся в оптическом контакте с однослойным FeN образцом, химическиобработанным раствором фосфорной кислоты в присутствии магнитного поляH= 200 Э, приложенного в процессе травления параллельно его поверхности18Рис.
13 Типичные приповерхностные локальные кривые намагничивания (леваяпанель) и вид доменной структуры феррит-гранатовой пленки (правая панель),находящейся в оптическом контакте с однослойным FeN образцом, химическиобработанным раствором фосфорной кислоты в присутствии магнитного поляH = 200 Э, приложенного в процессе травления перпендикулярно поверхности пленкиВ целом анализ полученных данных показал, что исходные однослойные итрехслойные образцы характеризуются достаточно высокой однородностьюлокальных приповерхностных магнитных характеристик: различие локальныхзначений поля насыщения, HSЛОК, однослойных и трехслойных образцов не превышает5 и 4 % соответственно.
После травления образцов в присутствии магнитного поляН = 100, 200 и 300 Э различие локальных значений HSЛОК увеличивается. Локальныезначения HSЛОК исходных трехслойных образцов примерно в 1.5 раза меньше HSЛОКисходных однослойных образцов, что обусловлено уменьшением толщины магнитныхпленок в исходных трехслойных образцах [34]. После травления трехслойныхобразцов в присутствии магнитного поля (Н = 50 Э) различие локальных значенийHSЛОК соответственно увеличивается до 14 и 13% при параллельной иперпендикулярной ориентации Н.
При этом абсолютные значения HSЛОКувеличиваются примерно в 2.4 – 3.4 раза по сравнению с исходным образцом.В случае исходных и химически обработанных в отсутствии магнитного полятонкопленочных FeN образцов доменная структура ФГ пленки остается лабиринтной.После химической обработки изучаемых образцов в присутствии плоскостногомагнитного поля начинает преобладать полосовая доменная структура, а в случаеперпендикулярного к поверхности образца магнитного поля в значительной степениизменяется соотношение между светлыми и темными доменами (вплоть до появленияцилиндрических доменов). Этот факт свидетельствует о видоизменениираспределений полей рассеяния на поверхности изучаемых тонкопленочных систем,которое может быть обусловлено появлением продольных и вертикальных дефектов наповерхности FeN образцов после их травления соответственно в продольном иперпендикулярном магнитном поле.19Морфология поверхности тонкопленочных образцов влияет на ихприповерхностные магнитные свойства.
Исходные образцы не имеют существенныхдефектов на поверхности. Вследствие этого они характеризуются достаточно высокойоднородностью локальных магнитных свойств. Различие локальных значений полянасыщения однослойных и трехслойных образцов не превышает 5 и 4 %соответственно. Изменение морфологии поверхности химически обработанных FeNтонкопленочных систем, проявляющееся в появлении приповерхностных рельефныхобразований, усиливает влияние полей рассеяния на измеряемые магнитныехарактеристики, что повышает различие локальных магнитных характеристик. Приэтом значения HSЛОК увеличиваются с ростом поля Н от 100 до 300 Э, приложенного впроцессе травления образцов. В однослойных образцах изменения HSЛОК при наличииполя, приложенного в процессе химической обработки образцов, равного 100, 200 и300 Э, порядка 9, 16, 22 и 9, 22, 28% соответственно при перпендикулярной ипараллельной ориентации Н.Зависимость рельефных образований от величины и направления магнитногополя, приложенного в процессе травления образцов, была исследована с помощьюметода атомно-силовой микроскопии.
Анализ изображений поверхностей изучаемыхобразцов показал следующее. Поверхность исходных образцов характеризуетсяпрактически отсутствием дефектов. При этом на образцах, химически обработанныхпри наличии параллельного и перпендикулярного поля, наблюдаются соответственнорельефные образования вытянутой и круглой формы. Средняя высота шероховатостиповерхности (рельефных образований) исходного образца порядка 20 нм, амаксимальная высота – 30 нм. В случае образцов, химически обработанных 35%раствором фосфорной кислоты в магнитном поле, перпендикулярном их поверхности,средняя высота профиля шероховатости поверхности равна 65, 80 и 220 нм, амаксимальная высота – 120, 180 и 240 нм соответственно при H = 100, 200 и 300 Э.В случае образцов, химически обработанных 35% раствором фосфорнойкислоты в магнитном поле H = 100, 200 и 300 Э, приложенном параллельно ихповерхности, средняя высота профиля шероховатости поверхности равна 170, 200 и250 нм, а максимальная высота – 200, 240 и 270 нм соответственно.20В заключение сформулированы основные результаты диссертационнойработы:1.Установлено, что в трехслойных Fe/Zr, Мо, Та/Fe, Со/Мо/Со образцахзависимость поля насыщения от толщины немагнитного (Zr, Мо, Та) слоя имеетосциллирующий характер, обусловленный осцилляционным поведением обменноговзаимодействия между магнитными слоями через немагнитный слой с изменениемтолщины немагнитного слоя.2.Обнаружено, что в трехслойных Fe/Zr, Мо, Та/Fe, Со/Мо/Со образцах периодосцилляций поля насыщения увеличивается от 1 - 1.2 нм при толщине магнитногослоя, tM, равном 2.5 нм, до 1.6 нм при tM = 10 нм.3.Установлено, что величины поля насыщения и коэрцитивной силы трехслойныхFeNi/Ti/FeNi образцов зависят от толщины титановой прослойки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
