Диссертация (1103627), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3.23 Рентгеновские дифракционные спектры, наблюдаемые дляпленок FeNi, полученных при разных значениях давления аргона pАr = 3.8, 8.3и 24 (·10-3 торр): кривые 1, 2 и 3 соответственноИз рисунка 3.23 можно видеть, что изучаемые FeNi пленкихарактеризуются [111] ГЦК кристаллической структурой. С ростом давленияаргона интенсивность линии [111] снижается, что свидетельствует обухудшении текстурированности пленок. Расчет по методу Шеррера показал,что размер кристаллитов порядка 9 - 12 нм.Морфология поверхности изучаемых образцов была исследована спомощьюатомногосиловогомикроскопа(АСМ)с использованиемпрограммы Nova при сканировании поверхности образцов и обработкерезультатов измерений.
На рисунке 3.24 представлены результаты этихизмерений.89Результаты измерений с помощью АСМ(а)Ra≈ 0.8 нм(б)Ra ≈ 0.8 нм(в)Ra ≈ 0.6 нм(г)Ra ≈ 0.8 нмАСМ изображения поверхности, полученные для образцов: 170Рис.изображенияполученныедля170изучаемыхнм FeNi(a),3.24340АСМнм FeNi(б), 170 нм поверхности,FeNi/Ti 2 нм/170нм FeNi (в),нмFeNi/Ti 15однослойныхнм/170 нм FeNiобразцов:FeNi(г)образцов толщиной 170 нм (a) и 340 нм FeNi (б),атакжетрехслойных170 нм FeNi/Ti 2 нм/170 нм FeNi(в)и170 нм FeNi/Ti 15 нм/170 нм FeNi (г)Результаты АСМ измерений, обработанные в программе Nova,показали, что средняя шероховатость изучаемых FeNi и FeNi/Ti/FeNiобразцов не превышает 0.8 нм.Информация о магнитных свойствах тонкопленочных FeNi иFeNi/Ti/FeNi систем была также получена с помощью магнитооптическогомагнитометра.
На рисунке 3.25 приведены кривые намагничивания,полученные для однослойных FeNi пленок толщиной 170 и 340 нм.90Рис. 3.25 Кривые намагничивания, наблюдаемые для пленок FeNi вмагнитном поле, приложенном вдоль D1 и D2 направлений: толщина пленокравна 170 и 340 нмАнализ этих данных показал, что изучаемые образцы толщиной170 нм имеют плоскостную магнитную анизотропию с лёгкой осьюнамагничивания,совпадающейснаправлениеммагнитногополя,приложенного в процессе их напыления.
Появление плоскостной магнитнойанизотропии (МА) в изучаемых системах связано с наличием внешнегомагнитного поля Н = 250 Э, приложенного параллельно плоскости подложкив процессе изготовления образцов.Вместе с тем было найдено, что пленки толщиной 340 нм являютсяизотропными и проявляют вращательную анизотропию с характерной длятаких образцов закритической петлей гистерезиса и полосовой доменнойструктурой (см. рисунок 3.26).91Рис. 3.26 Закритическая петля гистерезиса и изображение полосовойдоменной структуры, наблюдаемое для FeNi пленок толщиной 340 нм,полученные при pАr = 3.8·10-3 торрИз рисунков 3.25 – 3.26 видно, что значение поля насыщения, НS,образцов с tFeNi = 340 нм практически на порядок больше по сравнению с НSпленок с tFeNi = 170 нм.
Таким образом, найдено, что магнитныехарактеристики изучаемых образцов зависят от их толщины.Далее были измерены магнитные характеристики трехслойныхFeNi/Ti/FeNi образцов с толщиной FeNi слоя, равной 170 нм, и Ti слоя,равной 2, 5 и 15 нм. Результаты этих измерений представлены нарисунке 3.27.92Рис. 3.27 Кривые намагничивания, наблюдаемые для тонкопленочныхFeNi/Ti/FeNi систем с толщиной Ti слоя, равной 2, 5 и 15 нм, в магнитномполе, приложенном вдоль D1 и D2 направлений и зависимость полянасыщения от толщины Ti слояИз рисунка 3.27 можно видеть, что магнитные характеристикитрехслойных образцов зависят от толщины немагнитной титановойпрослойки. Наименьшее значение поля насыщения было получено притолщине титановой прослойки, равной 5 нм.
Таким образом, былоэкспериментально найдено, что FeNi/Ti/FeNi трехслойные образцы столщиной пермаллоевых слоев, равной 170 нм, и толщиной титановойпрослойки, равной 5 нм, проявляют наилучшие магнитомягкие свойства.Этот результат предопределяет использование данных трехслойных систем вкачестве структурных элементов при разработке биологических и магнитныхсенсоров, в которых максимальная и достаточно высокая чувствительностьмагнитоимпеданса (МИ) к внешнему магнитному полю может бытьдостигнута при относительно низких частотах. Результаты дальнейшихисследований подтвердили, что максимальное значение МИ может бытьдостигнуто при минимальном значении внешнего магнитного поля.933.4 Результаты исследования FeN тонкопленочных систем,обработанных 35% раствором уксусной кислоты при отсутствии иналичиипостоянногомагнитногополя,приложенногопараллельно/перпендикулярно поверхности образцаFeN тонкопленочные образцы были химически обработаны приналичии и отсутствии внешнего магнитного поля.
Схема магнитохимического метода обработки образцов в магнитном поле приведена нижена рисунке 3.28.Рис. 3.28 Схематичное изображение магнито-химического методаобработки образцовИзучение влияния химической обработки FeN тонкопленочныхсистем при наличии и отсутствии внешнего магнитного поля быливыполнены путем измерений их локальных магнитных характеристик.Приповерхностные локальные кривые намагничивания были измереныдля исходных и химически обработанных изучаемых FeN образцов прирегистрациимагнитооптическогосигнала94сучасткаповерхностидиаметром 50 мкм с шагом, равным 0.5 мм.
Следует напомнить, что FeNтонкопленочные образцы были получены при наличии магнитного поля,приложенногопараллельноплоскостиподложкивпроцессеихнапыления, Нпод = 100 Э. Вследствие этого FeN тонкопленочные системыхарактеризуются плоскостной наведенной магнитной анизотропией сосьюлегкогомагнитногонамагничиванияполяНпод.(ОЛН),Результатыпараллельнойизмеренийориентациилокальныхкривыхнамагничивания на изучаемых FeN тонкопленочных системах приведенына рисунках 3.29 – 3.33.Рис.
3.29 Приповерхностные локальные кривые намагничивания,наблюдаемые для исходной FeN однослойной пленки в магнитном поле,приложенном вдоль оси легкого (а) и трудного (б) намагничивания (ОЛН иОТН)95Рис. 3.30 Приповерхностные локальные кривые намагничивания,наблюдаемые для однослойной FeN пленки после ее обработки растворомуксуснойкислотывмагнитномполе,приложенномпараллельноповерхности образца (а) и перпендикулярно поверхности образца (б).Измерения выполнены в магнитном поле, приложенном вдоль ОЛН.Рис.
3.31 Приповерхностные локальные кривые намагничивания,наблюдаемые для исходной трехслойной FeN пленки в магнитном поле,приложенном вдоль ОЛН (а) и ОТН (б)96Рис. 3.32 Приповерхностные локальные кривые намагничивания,наблюдаемые для трехслойной FeN пленки в магнитном поле, приложенномвдоль ОЛН (а) и ОТН (б), после ее обработки в растворе уксусной кислоты вмагнитном поле, приложенном параллельно поверхности образцаРис. 3.33 Приповерхностные локальные кривые намагничивания,наблюдаемые для трехслойной FeN пленки в магнитном поле, приложенномвдоль ОЛН (а) и ОТН (б), после ее обработки в растворе уксусной кислоты вмагнитном поле, приложенном перпендикулярно поверхности образцаАнализ полученных данных показал следующее. Все исходные образцы характеризуются достаточно высокойоднородностьюлокальныхмагнитныхсвойств.Различиялокальныхзначений коэрцитивной силы и поля насыщения, HSЛОК, вдоль оси легкогонамагничивания исходных однослойных образцов не превышают 5 %.97 Уменьшение толщины магнитного слоя в трехслойных исходныхFeN образцах сопровождается уменьшением локальных значений полянасыщения примерно в три раза по сравнению с исходными однослойнымиобразцами.
Различия локальных значений коэрцитивной силы и полянасыщения, HSЛОК, вдоль оси легкого намагничивания исходных образцов непревышают 4 %. Однородность локальных магнитных свойств FeN образцовпонижается после их травления. В частности, после травления однослойныхи трехслойных образцов различия локальных значений, HSЛОК, становятсяпорядка 25 и 15 % соответственно. При этом значения HSЛОК увеличиваютсясоответственно примерно в 1.5 – 2 и 3 раза по сравнению с исходнымиобразцами.Полученные данные можно объяснить появлением неоднородностей(шероховатости) на поверхности указанных образцов, сопровождающимсяусилением влияния полей рассеяния на измеряемые характеристики. Дляподтверждения этого факта была изучена морфология поверхностейисходных образцов и после их травления 35% раствором уксусной кислотыбез внешнего магнитного поля Н и при наличии поля Н =50 Э.
Изображенияповерхностиизучаемыхобразцовбылиполученыспомощьюмагнитооптического микромагнитометра (описанного в п. 2.3), созданного набазевысокоразрешающегомикроскопаМИМ-8,сопряженногочерезцифровую камеру DCM 500 с компьютером.Кроме того, был применен хорошо известный метод исследованияшероховатостиповерхности,основанныйнаиспользованиинизкокоэрцитивной феррит-гранатовой (ФГ) пленки в качестве индикатораполей рассеяния.
Наиболее характерные результаты этих исследованийприведены на рисунках 3.34 - 3.36.98Рис. 3.34 Типичное оптическое изображение поверхности исходнойоднослойной FeN плёнкиРис.3.35Типичноеоптическоеизображениеповерхностиоднослойной FeN плёнки, обработанной раствором уксусной кислоты вмагнитном поле Н = 50 Э, приложенном параллельно плоскости образца99Рис.3.36Типичноеоптическоеизображениеповерхностиоднослойной FeN плёнки, обработанной раствором уксусной кислоты вмагнитном поле Н = 50 Э, приложенном перпендикулярно плоскостиобразцаАнализ приведенных выше результатов показывает, что изображениеповерхности исходной пленки отличается от изображений поверхностейобразцов, обработанных 35% раствором уксусной кислоты при наличиипараллельного и перпендикулярного поля.
В частности, количество дефектов(затемненные области на рисунках) на химически обработанных образцахсущественно увеличивается по сравнению с исходным образцом. При этомвид появившихся дефектов зависит от ориентации магнитного поля,приложенноговпроцессеобработки.Наблюдаютсясоответственнозатемненные области вытянутой и круглой формы для образцов, химическиобработанных в магнитном поле, параллельном и перпендикулярномплоскости образцов. Следует отметить, что изображения поверхностейисходной пленки и химически обработанной уксусной кислотой в поле Н = 0практически не различаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
