Диссертация (1103627)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТна правах рукописиРОЖНОВСКАЯ АЛИСА АНДРЕЕВНАМАГНИТООПТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХСВОЙСТВ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СИСТЕМ НАОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И КОБАЛЬТАспециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор Шалыгина Е.Е.Москва 2017СодержаниеВведение…………………………………………………………... 4Глава 1. Магнитные пленки.

Литературный обзор…………..... 161.1 Магнитные пленки…………………………………………..................161.2 Способы получения магнитных пленок……………............................211.3 Особенности магнитных свойств тонкопленочных магнитныхструктур и методы их исследования……………………………………...221.4 Квантовый размерный эффект в ультратонких пленках………….....271.5 Магнитохимия……………………………………………………….....35Глава 2. Методика эксперимента и изучаемые образцы………452.1 Классификация магнитооптических эффектов………………………472.2 Магнитооптический магнитометр для исследованияприповерхностных магнитных характеристик образцов..........................502.3 Магнитооптический микромагнитометр для изучения морфологииповерхности образцов……………………………………………………...532.4 Метод атомно-силовой микроскопии для изучения морфологииповерхности образцов……………………………………………………...562.5 Изучаемые образцы…………………………………………………….582.6 Анализ погрешностей эксперимента………………………………….61Глава 3.

Результаты исследования магнитных свойствизучаемых образцов и их обсуждение………………………….. 633.1 Результаты исследования магнитных свойств и магнитополевогоповедения трехслойных Fe/Zr, Mo, Ta/Fe и Co/Mo/Co образцов………..633.2 Результаты исследования зависимости экваториального эффектаКерра от толщины немагнитных слоев трехслойных Fe/Zr, Mo, Ta/Fe иCo/Mo/Co образцов ………………………………………………………...853.3 Результаты исследования структурных и магнитных свойстводнослойных FeNi и трехслойных FeNi/Ti/FeNi образцов………………893.4 Результаты исследования FeN тонкопленочных систем,обработанных 35% раствором уксусной кислоты при отсутствии иналичии постоянного магнитного поля, приложенногопараллельно/перпендикулярно поверхности образца……………………9423.5 Результаты исследования FeN тонкопленочных систем,обработанных 35% раствором фосфорной кислоты при отсутствии иналичии постоянного магнитного поля, приложенногопараллельно/перпендикулярно поверхности образца……………………106Основные результаты……………………………………….…… 130Список литературы……………………………….........................

1323ВведениеАктуальностьдиссертационнойработы. Вконцепрошлогостолетия большинство исследований в области физики твердого тела былопосвящено изучению наноразмерных объектов. У исследователей появлялисьочевидные вопросы: является ли физика и технология наноструктурособенной и существуют ли уникальные явления в объектах с размераминанометрового диапазона, которые не возникают в микромире. Оказалось,что ответы на эти вопросы связаны с двумя явлениями: 1) нанометровыеразмеры сравнимы с длиной волны электрона в твердом теле; 2) еслиэлектроны ограничены пространственно размерами, сравнимыми с их длинойволны, то континуум связанной объемной энергии становится квантованнымна дискретные квантовые состояния (Quantum Well States) [1].

Выполненныепозжеэкспериментальныеисследованияподтвердиливозможностьнаблюдения в наноматериалах новых физических эффектов. Особоевнимание при этом привлекали такие физические объекты, как ультратонкиемагнитные плёнки 3d-переходных металлов и полученные на их основетонкоплёночные магнитные системы (ТПМС), представляющие собойчередование магнитных и немагнитных слоёв субмикронной (нанометровой)толщины. Чтобы избежать разночтения, отметим, что в научной литературематериалы без ферромагнитного, антиферромагнитного и ферримагнитногоупорядочения принято называть немагнитными (nonmagnetic). Указанныематериалы остаются наиболее интересными объектами исследования физикимагнитных явлений. Обусловлено это обнаружением в них таких явлений, какгигантское магнитосопротивление [2], антиферромагнитное взаимодействиемежду магнитными слоями через немагнитный разделительный слой [3],осциллирующее обменное взаимодействие между ферромагнитными слоями(Fe,Co)черезнемагнитную(безферромагнитногоупорядочения)металлическую (Cu, Ag, Au, Mo, Ta и др.) прослойку [4 - 5].

Эти физические4явления предопределяют использование ТПМС в различных устройствахмикро- и наноэлектроники.СредисуществующихисследователейпривлекаютразличныхтиповтонкопленочныеТПМСсистемывниманиенаосновемагнитомягких пермаллоевых FeNi пленок, которые широко применяются втонкопленочныхмагнитныхголовках,датчикахмагнитныхполей,биологических сенсорах и т.д. В случае магнитных и биологическихсенсоров, основанных на эффекте магнитного импеданса (МИ) [6 - 11],наиболееважнымиэлементамивнихявляютсятонкопленочныемногослойные структуры, состоящие из магнитных и немагнитных слоевсубмикронной толщины. В настоящее время экспериментально доказано, чтодля получения высокого значения МИ необходима сравнительно большаятолщина магнитных пленок, tМ, в частности, пермаллоевых. Максимальноезначение МИ при протекании через FeNi тонкопленочный образецпеременного тока высокой частоты (порядка 1 ГГц) было получено при еготолщине порядка 1 мкм во внешнем магнитном поле, сравнимом с полеманизотропии.

Вместе с тем установлено, что увеличение толщиныпермаллоевой пленки приводит к увеличению поля насыщения, HS, икоэрцитивной силы, HC [9]. Предполагалось, что в многослойных системах сналичием в них магнитных FeNi слоев и немагнитных с общей толщинойобразца меньше 1 мкм возможно уменьшение HS и HC, а также увеличениезначения МИ.С точки зрения высокочастотных свойств тонкопленочных системинтересны многослойные структуры на основе FeN магнитных пленок,широко применяющиеся при создании тонкопленочных магнитных головок.Особенность пленок FeN состоит в том, что индукция насыщения этихсплавов выше, чем в чистых пленках железа (порядка 2.8 – 3 Тл вместо52.2 Тл) [12 - 14], а добавление азота в этих сплавах сдвигает частотуферромагнитного резонанса к более высоким значениям [15].Следует также отметить следующий важный факт.

Расширениефункциональноститонкопленочныхмагнитныхсистемсвязановзначительной мере с изучением особенностей их взаимодействия сактивными компонентами внешней среды. Повышающаяся насыщенностьокружающей среды сильными магнитными полями требовала пониманиямеханизмов их влияния на химические процессы, протекающие наповерхности магнитных материалов, а именно на процессы магнитнойкоррозии.

В связи с этим исследования магнитохимических явлений втонкопленочныхсистемах,обусловленныхпроцессамиокисления/растворения при наличии магнитного поля, оказались такжечрезвычайно актуальными. Анализ этих процессов возможен путемхимического травления тонкопленочных систем в магнитном поле споследующим изучением их физических свойств.Результаты ранее проведенных исследований ультратонких пленок имногослойных систем позволили решить ряд проблем физики магнитныхявлений.

В частности, существенно расширились представления о влиянииграницы раздела между магнитной пленкой и подложкой, а также междумагнитными и немагнитными слоями на формирование кинетических,магнитных и магнитооптических свойств тонкопленочных магнитныхструктур. Исследовано влияние микроструктуры подложки (морфологии ееповерхности и ориентации кристаллографических осей зерен) на магнитныесвойства тонких пленок.

Вместе с тем на начало выполненных в даннойработеисследованийпо-прежнемуактуальнойоставаласьпроблемаэкспериментального изучения влияния толщины и состава магнитных инемагнитных слоев (МС и НМС) на магнитные свойства тонкопленочныхмагнитныхсистем.Проведениетаких6исследованийспособствовалорешению фундаментальных задач физики магнитных явлений: установлениюособенностеймагнитнойанизотропиивТПМС,изучениювлияниянемагнитных слоев между магнитными слоями (или магнитной пленкой иподложкой), а также влияния обменного взаимодействия между магнитнымислоямисубмикроннойтолщинычерезнемагнитнуюпрослойкунамагнитополевое поведение этих систем.Помимо фундаментального научного интереса ТПМС привлекают ксебе внимание и перспективами их широкого практического использования вразличных устройствах современной микро- и наноэлектроники [16 - 18].В частности, ТПМС используются в качестве сред для высокоплотноймагнитной записи, в том числе и магнитооптической.

Как уже указывалосьвыше, на их основе создаются датчики магнитных полей, по целому рядухарактеристик (особенно в области малых полей) превосходящие другиеподобныеустройства.Примеромтакогопримененияявляютсятонкопленочные магнитные головки для записи-считывания высокоплотноймагнитной записи.Изложенное выше позволяет утверждать, что исследование влияниятолщины магнитных и немагнитных слоев на магнитополевое поведение имагнитныесвойстваТПМС,атакжемагнитохимическихявлений,обусловленных процессами окисления тонкопленочных магнитных системпри наличии магнитного поля, является актуальным как с научной, так и спрактической точки зрения.Целью данной диссертационной работы было исследование влияниятолщины и состава магнитных и немагнитных слоев в трехслойныхFe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co и FeNi/Ti/FeNi образцах на их магнитополевоеповедениеимагнитныесвойства,атакжеизучениевлияниямагнитохимической обработки FeN тонкопленочных систем при наличии7магнитного поля разной ориентации и величины относительно плоскостиобразцов на морфологию их поверхности и магнитные характеристики .Для достижения указанной цели решались следующие задачи:1.Изучение влияния толщины магнитных и немагнитных слоев намагнитные свойства (поле насыщения HS, коэрцитивную силу HC)Fe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co и FeNi/Ti/FeNi образцов.2.Изучение влияния толщины магнитных и немагнитных слоев намагнитополевое поведение Fe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co и FeNi/Ti/FeNiобразцов.3.Изучение влияния химической обработки FeN тонкопленочныхсистем при наличии магнитного поля различной напряженности иориентацииотносительноплоскостиобразцовнаихмагнитныехарактеристики.4.Изучение влияния химической обработки FeN тонкопленочныхсистем без магнитного поля и при наличии магнитного поля различнойнапряженностииориентацииотносительноплоскостиобразцовнаприповерхностную морфологию образцов.Научная новизна работы состоит в следующем:1.Установленыособенностимагнитополевогоповедениятрехслойных Fe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co и FeNi/Ti/FeNi тонкопленочныхобразцов с изменением толщины немагнитного слоя.2.Обнаружены осцилляции поля насыщения, HS, трехслойныхFe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co тонкопленочных систем при изменении толщинынемагнитного слоя с периодом, зависящим от толщины магнитного слоя.3.Установлены зависимости локальных значений поля насыщенияи коэрцитивной силы химически обработанных FeN тонкопленочных8образцовотвеличиныинаправлениявнешнегомагнитногополя,приложенного в процессе их травления.4.Обнаруженоусилениеприповерхностнойшероховатостихимически обработанных FeN тонкопленочных образцов по сравнению сисходными образцами с ростом величины магнитного поля, приложенного впроцессе их химической обработки.Практическая ценность работыРезультаты исследований влияния толщины и состава, а такжехимическойобработкитонкопленочныхмагнитныхсистемнаихструктурные и магнитные свойства позволяют дать научно обоснованныерекомендации получения ТПМС с магнитными свойствами, требуемыми дляих дальнейшего практического применения в различных устройствах микрои наноэлектроники, а также спинтроники.Основные положения, выносимые на защиту:1.Толщина немагнитного слоя влияет на магнитополевое поведениеизучаемых Fe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co тонкопленочных систем.

Поленасыщения трехслойных Fe/Ta, Mo, Zr/Fe, Co/Mo/Co образцов осциллируетпо величине с изменением толщины немагнитной прослойки с периодомосцилляций, зависящим от толщины магнитного слоя.2.Величины поля насыщения и коэрцитивной силы трехслойныхFeNi/Ti/FeNi образцов зависят от толщины титановой прослойки.3.Различияприповерхностныхлокальныхзначенийполянасыщения и коэрцитивной силы исходных FeN тонкопленочных образцовне превышают 5 %.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации