Диссертация (1103627), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Величина ЭЭК определялась изсоотношения = (I – I0)/I0, где I и I0 – интенсивности света, отраженного отнамагниченного и ненамагниченного образца. Магнитное поле Н былоприложено параллельно поверхности образцов и перпендикулярно плоскостипадения света.2.3Магнитооптическиймикромагнитометрдляизученияморфологии поверхности образцовМорфология поверхности исходных и обработанных уксусной ифосфорной кислотами FeN тонкопленочных систем при наличии иотсутствии магнитных полей разной ориентации относительно плоскостиобразцовизучаласьспомощьюмагнитооптическогомагнитометра,созданного на базе микроскопа МИМ-8, сопряженного через цифровуюкамеру-окуляр DCM500 с компьютером (см.
рисунок 2.2).53Микроскоп МИМ-8 может быть использован для визуальногонаблюдения и фотографирования морфологии металлов и прозрачныхобъектов в светлом поле при прямом и косом освещении образцов, вполяризованноминеполяризованномсвете.Визуальноенаблюдениеизучаемых образцов на микроскопе возможно с помощью монокулярной ибинокулярной насадок.Рис. 2.2 Блок-схема магнитооптического микромагнитометра длявизуального наблюдения и фотографирования морфологии поверхностиобразцов, собранного на базе высокоразрешающего микроскопа МИМ-8Основные технические характеристики камеры:-Чувствительных элементов 5МПикс (1/2” CMOS)-Максимальное разрешение 2592х1944-Спектральный диапазон 400 нм - 650 нм54ОбъективыУвеличениеF=23.17 A=0.17 (x11)957F=15.7 A=0.30 (x15)1305F=13.89 A=0.30 (x18)1566F=8.37 A=0.65 (x30)2610F=6.16 A=0.65 (x40)3480Помимо непосредственного оптического изучения поверхностей FeNтонкопленочных систем, влияние химического травления на морфологиюповерхностей тонкопленочных систем было проанализировано с помощьюхорошоизвестногометода,основанногонаиспользованиинизкокоэрцитивной феррит-гранатовой (ФГ) пленки в качестве индикатораполей рассеяния [110].
Исходная висмут-содержащая ФГ пленка скоэрцитивной силой порядка 0.2 Э в нулевом магнитном поле имелахарактерную для этих материалов лабиринтную доменную структуру,котораянаблюдаласьспомощьюдвойногоэффектаФарадея(см.приведенный для иллюстрации рисунок 2.3).Рис.2.3Доменнаяструктурависмут-содержащейферрит-гранатовой пленки (BiTm)3Fe5O12. Ширина полосовых доменов 14 мкм.55Затем доменная структура ФГ пленки наблюдалась при оптическомконтакте с поверхностью изучаемых образцов.2.4Методатомно-силовоймикроскопиидляизученияморфологии поверхности образцовМорфология поверхности изучаемых образцов была исследованатакже с помощью атомного силового микроскопа (АСМ).
Полученные АСМизображения были обработаны с использованием математических операцийи фильтров программы «Nova», представленной изготовителями АСМ. Дляпонимания того, как проводится расчет шероховатости поверхности,приведем следующую информацию. Поверхностные неровности относятся кгеометрическим параметрам и представляют собой сложную периодическуюструктуру.
Поскольку профиль содержит большой объем случайныхзначений неровностей, то для большинства нормируемых параметровпринимают усредненные значения.Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю,которыйобразуетсяперпендикулярнойквсеченииноминальнойэтойповерхностиповерхности.Приплоскостью,этомпрофильрассматривается на длине базовой линии, используемой для выделениянеровностей и количественного определения их параметров.
На рисунке 2.4приведен для примера профиль шероховатости и его характеристики.Рис. 2.4 Профиль шероховатости и его характеристики56Для оценки шероховатости поверхности наиболее часто используютвысотные параметры: Rz и Ra. Rz — высота неровностей профиля по десятиточкам; Rz представляет среднее арифметическое абсолютных значенийвысот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольшихвпадин профиля в пределах базовой длины l:,где ypmi—высота i-ro наибольшего выступа профиля; yvmi— глубина i-йнаибольшей впадины профиля.Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Ra — среднееарифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределахбазовой длины l :,где n — число выбранных точек на базовой длине.Параметр Ra является предпочтительным, так как его определяют позначительно большему числу точек профиля, чем Rz.
Использованиепараметра Rz в качестве контрольного в значительной степени определяетсяспособами измерения рассматриваемых параметров. Значения Ra измеряютпреимущественно с помощью приборов, снабженных датчиками с алмазнойиглой. Определение Ra на грубых поверхностях связано с опасностьюполомки алмазной иглы, а на очень гладких - с низкой достоверностьюрезультатов из-за того, что радиус конца иглы не может фиксировать оченьмалые неровности. Поэтому Rz рекомендуется использовать при значенияхвысоты неровностей от 320 до 10 мкм и от 0.1 до 0.025 мкм, в остальныхслучаях используется Ra.57Помимо Rz и Ra существует среднее квадратичное отклонениепрофиля.
Rq —среднее квадратичное значение отклонений профиля впределах базовой длины l:.При определении значений Ra и Rq непосредственным измерением насоответствующих приборах их величина устанавливается в пределах длиныоценки, включающей несколько базовых длин, например, отсечки шагаприбора. Численные значения шероховатости, установленные по критериямRa и Rq, близки между собой и определяются соотношениями: Ra Rq.
ПоГОСТ шероховатость принято обозначать как Ra. При оценке шероховатостиизучаемых образцов в данной работе оценивались значения Ra.2.5 Изучаемые образцыИзучаемые Fe/Zr, Mo, Ta/Fe и Co/Mo/Co тонкопленочные образцыбыли получены в Даугавпилском университете с помощью магнетронногораспыления при базовом давлении в вакуумной камере, равном 10 -8 торр, идавлении рабочего газа (аргона) порядка 10-3 торр. Тонкопленочные образцыбыли напылены на стеклянные подложки при комнатной температуре.
Чтобыизбежать окисления, все образцы были покрыты 10 нм слоем углерода. Впроцессе напыления пленок постоянное магнитное поле, равное 70 Э, былоприложено параллельно подложке, что также способствовало формированиюодноосной магнитной анизотропии.Состав и структурные конфигурации образцов были следующие.1.Fe/Zr, Мо/Fe трехслойные образцы. Толщина магнитных слоев,tFe, равна 2.5 нм, толщина немагнитных слоев, tZr и tМо, изменялась от 0.2 до3.5 нм и от 0.5 до 2.8 нм соответственно.2.Три серии Fe/Та/Fe трехслойных образцов. В каждой серии58толщина магнитных слоев была одинаковой и равна 2.5, 5 и 10 нм.
Толщинанемагнитного слоя, tTa, изменялась от 0.4 до 4 нм.3.Две серии Со/Мо/Со трехслойных образцов с толщиноймагнитных слоев 2.5 нм и 5 нм. Толщина немагнитного слоя, tМо, изменяласьот 0.5 до 4 нм в обеих сериях.Fe20Ni80 пленки и Fe20Ni80/Ti/Fe20Ni80 тонкопленочные системы былиполучены на факультете электричества и электроники университета Бильбао(Испания) методом магнетронного распыления в вакуумной камере настеклянные подложки при комнатной температуре и давлении рабочего газааргона 3.8·10-3 торр [6]. Толщина однослойных Fe20Ni80 плёнок была равна170 нм и 340 нм. В трехслойных образцах толщина магнитных Fe20Ni80 слоевбыла равна 170 нм, а немагнитного Ti слоя изменялась от 2 до 20 нм. Приполучении образцов постоянное магнитное поле, Hпод = 250 Э, былоприложенопараллельноплоскостиподложки,чтоспособствовалоформированию одноосной магнитной анизотропии.Изучаемые FeN образцы были получены в Институте теоретической иприкладной электродинамики РАН методом магнетронного распыленияжелеза в атмосфере смеси Ar и N при давлении 10-4 торр.
Парциальноедавление азота было порядка 5%. Магнетронное напыление образцовосуществлялось при наличии магнитного поля Н = 100 Э, приложенногопараллельно подложке. Тонкопленочные системы представляли собой слоиоксида кремния и сплава FeN. Толщина однослойных магнитных FeNобразцов, tFeN, была равна 0.25 мкм. В трехслойных тонкопленочныхсистемах значение tFeN было равно 0.07 мкм, а полная толщина образцов,включая разделительный оксидный слой, была 0.25 мкм.Следует отметить, что с некоторым временным интервалом былиприготовлены две серии FeN тонкопленочных образцов.
Первая серия59использовалась при изучении химической обработки образцов уксуснойкислотой, а вторая – фосфорной.ХимическаяобработкаFeNтонкопленочныхобразцовбылаосуществлена в течение 60 секунд 35% уксусной кислотой при Н = 0 и приналичии магнитного поля Н = 50 Э, приложенного параллельно илиперпендикулярно их поверхности. Химическая обработка однослойных FeNтонкопленочных образцов была осуществлена в течение 60 секунд35% фосфорной кислотой при Н = 0 и при наличии магнитного поля Н = 100,200 и 300 Э, приложенного параллельно или перпендикулярно ихповерхности.ТрехслойныетонкопленочныесистемыFeN,учитываясущественное уменьшение толщины верхнего магнитного слоя FeN, былихимически обработаны в течение 60 секунд 35% фосфорной кислотой вмагнитном поле, равном 50 Э, приложенном либо параллельно, либоперпендикулярно поверхности образцов.МикроструктураисследованаметодомFe/Zr, Мо, Та/FeрентгеновскойиСо/Мо/Содифракции.образцовИзмерениябыла - 2дифрактограмм были выполнены с использованием CuK-излучения.Полученныеданныеобрабатывалисьспомощьюспециальныхкомпьютерных программ.
Толщина слоев определялась по скорости ивремени их напыления. Микроструктурные исследования тонкопленочныхсистем были также выполнены в Даугавпилском университете.Структура FeNi пленок была изучена рентгеновским методом сиспользованием CuKα-излучения на факультете электричества и электроникиуниверситета Бильбао (Испания).Морфология поверхности FeNi и FeN тонкопленочных образцов былаисследована с помощью атомного силового микроскопа.602.6 Анализ погрешностей экспериментаПогрешности эксперимента бывают двух видов – случайные исистематические.Случайныеошибкимогутбытьобусловленыкаксамойизмерительной установкой, так и влиянием внешних условий (вибрации,колебания температуры и т.д.).
Многократные измерения одной и той жевеличины позволяют уменьшить влияние этого класса погрешностей. Принаших измерениях случайная ошибка не превышала ± 2%.К основным источникам систематических погрешностей, которыесуществуют при измерении магнитооптических эффектов, относятся:1.Появлениешумоввизмерительнойсистеме,вносимыхэлектромагнитными наводками на сетевой частоте f = 50 Гц. Уменьшениеэтих наводок достигалось за счет проведения измерений на частоте,отличной от сетевой (f = 80 Гц). Для устранения резонансных наводок,индуцированных сигналом в цепи намагничивания с частотой звуковогогенератора, проводилось тщательное заземление всех измерительныхприборов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
