Введение к работе
Актуальность темы. В последние года большой интерес у исследователей вызывают многослойные пленки с чередующимися магнитными и немвгнитными слоями. Поскольку в них доля поверхности сравнима с объемом образца, то в этом случае поверхностные эффекты вносят существенный вклад в свойства. Давно изучаются вопросы, связанные с исследованием взаимодействия магнитных слоев в многослойных планках; но работы по поверхностным эффектам в мультислойных структурах появились лишь на рубеже 80-х - 90-х годов. Наиболее широко применяются сегодня многослойные полупроводниковые структуры в Качестве всевозможных оптических покрытий (фильтры, зеркала и т.д.). Что касается магнитных структур, то они могут использоваться как материалы - носители информации с продольным и вертикальным способами записи.
В многослойных структурах возможно реализовать различные магнитные характеристики. Сочетание, например, магнитомягких свойств с высокой намагниченностью и низкими потерями на гистерезис становится весьма существенным при изготовлении магнитных интегральных головок и преобразователей со сравнительно высоким уровнем выходного сигнала. Большое внимание уделяется в настоящее время и маг-ниторезистивным датчикам на основе металлических многослойных структур. Магнитосопротивленив многослойных датчиков на основе Fe и Со более чем на порядок превосходит Др/р обычных мвгниторезис-тивных тонкопленочных материалов, что обусловлено обменным взаимодействием между ферромагнитными слоями.
Вследствие высокой коррозионной стойкости и износостойкости многослойные структуры перспективны также при использовании их в качестве защитных покрытий.
При использовании многослойных пленок большую роль играет повторяемость свойств. Исследователи часто сталкиваются с трудностями в получении хорошо воспроизводимых свойств, так как это связано с сильной зависимостью магнитных свойств от технологических условий изготовления пленок. С другой стороны, такая зависимость позволяет целенаправленно изменять магнитные параметры как в процессе создания пленок, так и в процессе термической обработки. Следовательно, необходимо исследовать структуру и состав многослойных пленок,, сопоставляя эти данные с магнитными свойствами.
Целью диссертационной работы является исследование структуры и химического, состава многослойных пленок Fe/Sl, Fe/Mo; установление влияния толщины ферромагнитных и немагнитных слоев на магнитные, свойства; установление взаимосвязи структурных дефектов с магнитными параметрами. В связи о этим были поставлены задачи;
-
Исследовать фазовый состав многослойных пленок, определить плотность, тал и распределение структурных дефектов.
-
Установить распределение концентрации химических элементов по глубине сэндвича для разных толщин слоев »їе и нвферромагнитных пхюлоек (Si, Mo).
-
Исследовать зависимость намагниченности, коэрцитивной силы и поля анизотропии от толщины слоев Ре и немагнитных слоев SI, Ко.
4. Исследовать термическую стабильность магнитных параметров
композиционно-модулированных планок. Определить энергию активации
.процессов диффузии.
Б. Выявить роль реальной структуры (размера зерна, ширины меж-фазной границы, толщины ферромагнитных слоев) в определении коэрцитивной силы многослойных структур.
6. Оценить роль поверхностных Е овььмвізс дебетов э пдрвдеявнии констант магнитной анизотропии.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
показано, что в многослойных композиционно-модулированных системах существует спектр анизотропно-распределенных структурных неоднородностэй, зависящий от толщины ферромагнитных и неферромагнитных слоев;
установлена природа коэрцитивной силы в многослойных пленках.' Показано, что уменьшение коэрцитиЕ ой силы при подпыленйи парамагнитной прослойки Мо обусловлено ультрадисперсностью поликристаллических пленок, а увеличение Н0 при очень малых толщинах немагнитных прослоек - закреплением доменной стенки на локализованных дефектах (немагнитные включения) и шероховатостях поверхности;
впервые измерены магнитные характеристики эпитаксиальных пленок Fe, выращенных на Si(111). Установлено, что коэрцитивная сила в таких пленках определяется только магнитоупругим взаимодействием доменной стенки с малоугловыми границами блоков. Компонента коэрцитивной силы, обусловленная закреплением доменных стенок шероховатостями, в таких пленках отсутствует;
показано, что магнитная анизотропия зависит от распределения структурных неоднородностей не только в отдельных частотных диапазонах, но и от взаимной ориентации неоднородностей различных час тотных диапазонов;
определена роль структурных неоднородностей и взаимодиффузии в процессах релаксации магнитной анизотропии.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты способствуют развитию представлений о взаимосвязи кристаллической структуры, химического состава ферромагнитной пленки и границ раздела, толщины ферромагнитных и неферромагнитных слоев с магнитными свойствами пленок. Следовательно, изменение структурных параметров пленок позволяет получать модулированные структуры с оптимальными
-ь-
магнитннми свойствами. Развитые в работе концепции, а также количественные данные 6 взаимосвязи коэрцитивной силы и магнитной анизотропии со структурой многослойных пленок использованы в экспериментальных работах. Исследование взаимосвязи структуры и магнитных свойств многослойных пленок открывает перспективы для практического применения этих пленок в качестве датчиков магнитного поля. На защиту выносятся следующие положения:
-
Малая величина коэрцитивной силы многослойных пленок Fe/Mo, Pe/Si по сравнению с однослойными пленками Fe той же толщины обусловлена, ультрадисперсностью (или квазиаморфностью) их структуры и изменением фазового состава ферромагнитных слоев.
-
Увеличение коэрцитивной силы в поликристаллических многослойных пленках при уменьшении-толщины неферромагнитных прослоек обусловлено перестройкой кристаллической структуры пленок и образованием локализованных дефектов.
-
В эпитаксиальных пленках Fe/SI(111) коэрцитивная сила обусловлена только закрег-ением доменных стенок на границах блоков. Компоненты коэрцитивной силы,, обусловленные закреплением доменных стенок шероховатостью поверхности и дисперсией легких осей, кристаллитов, отсутствуют.
-
В поликристаллических композиционно-модулированных пленках на величину объемной магнитной анизотропии оказывают влияние распределение структурных дефектов и взаимная ориентация дефектов различных частотных диапазонов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ВсероссїЖских межвузовских научно-технических конференциях (Владивосток, 1992, 1993, 1994 гг.), на школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1994 г.), на 10-ом международном коллоквиуме "Plasma Processes" (Франция, Антиб, 1995 г.).
-т-
Отруктурз и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 96 наименований. Общий объем диссертации составляет 118 страниц, включая 55 рисунков и 4 таблицы.
