Введение к работе
Актуальность темы.
Последнее десятилетие характеризуется новой волной интереса к тонким магнигньш пленкам на основе Fe, Ni , Со. Бурные исследования бО-х годов, поддерживаемые перспективами и реальными примерами практического применения, создали, казалось, законченную картину магнитного поведения пленок. Однако, развитие микроэлектроники, планарной технологии, в частности, а также новые физические идеи записи и считывания информации, потребовали проведения новых исследований. Кроме того, свойства тонких магнитных пленок очень сильно зависят от технологии их получения, последняя же прошла с тех пор значительный путь развития и совершенствования.
К новым идеям записи относится, в частности, предложение Шви [1] использовать тонкую структуру доменной границы, а именно - в качестве логического "О" и "1" использовать отсутствие или наличие перевязки. Или идея Пома (2] - использовавшего в качестве "О" и "I". то или иное направление замыкания магнитного потока в двухслойном элементе памяти. Оба типа памяти являются энергонезависимыми, отличаются радиационной устойчивостью и вероятной низкой стоимостью, обеспечивают неразрушающее считывание и плотность записи 10-102 Мбит/см2. Считывание информации основано на использовании магниторезистив-ного эффекта, заключающегося в зависимости электросопротивления от угла между током и намагниченностью.
На этом же эффекте основано применение пленок в магниторези-стивных датчиках магнитного поля, использующихся для измерения полей в диапазоне 10"10-10"2Тд (10"Мо2 Гс), а также для считывания магнитных меток в различных технических приложениях.
Как правило, пермаллоевые пленки имеют, после получения методом ионно-гошменного напыления, например, небольшие значения маг-ниторезистивного зффеїсга (около 1%). Путем последующего отжига можно увеличить это значение в несколько раз. Однако, известно, что при термообработке сильно изменяются магнитные свойства. Для практического же использования необходимо определенное сочетание магнитных и электрических характеристик, таких как: коэрцитивная сила, величина наведенной одноосной анизотропии в плоскости, плотность перевязок в доменной границе, а также величина магщггорезистивного эффекта и электросопротивления. Таким образом, возникла необходимость исследования хорошо известных объектов под новым углом зрения.
Целью работы является исследование магнитных свойств, доменной структуры и структуры доменных границ однослойных и двухслой-
ных пленок Fe-Ni и Fe-Ni-Co с учетом возможности использования этих материалов в сенсорных устройствах и запоминающих элементах с маг-ниторезистивным считыванием.
Исходя из этого в работе были поставлены следующие конкретные задачи исследования:
1. Исследовать влияние термомагннтньгх обработок, а также температуры подложки во время напыления, на доменную структуру, структуру доменных границ и свойства железо-никелевых пленок, полученных методом ионно-плазменного напыления.
, 2. Исследовать возможности влияния на практически значимые параметры пленок через наведенную магнитную анизотропию и толщину пленки.
3. Исследовать зависимость магнитных свойств, доменной структуры и структуры доменных границ двухслойных пленок Fel5Co20Ni65 от толщины и материала немагнитной прослойки.
Научная новизна.
Исследовано влияние отжига в вакууме и водороде, а также влияние температуры подложки при напылении, на доменную структуру, структуру доменных границ и гиетерезисные свойства пленок Fel9Ni81, с точки зрения их использования в качестве среды для энергонезависимой памяти с магннторезистивным считыванием.
Показано, что вращающаяся анизотропия в пленках Fel9Ni81 может иметь различную природу: 1) связанную с наличием страйп-домен-ной структуры, 2) обусловленную существованием "анизотропных центров".
Впервые показано, что в процессе наведения новой оси легкого намагничивания (ОЛН), в тонких пленках с вращающейся анизотропией, доменные границы новой ориентации могут формироваться из перевязок границ прежней ориентации.
Учтено влияние константы перпендикулярной магнитной анизотропии Ki на плотность перевязок Pct и выполнен расчет на компьютере зависимости Р«(Кі) для пленок Fe 19№81.
Подробно изучена зависимость коэрцитивной силы Не от толщины немагнитной прослойки L,,, (в интервале 0-10 нм) двухслойных пленок Fel5Co20Ni65. Найдено, что зависимость КЦЬпр) имеет, кроме резкого максимума при Lnp= 0,8-1,0 нм, особенность в интервале L„p= 2-Х нм, заключающуюся в двухкратном возрастании Не.
Впервые показано, что максимуму HULnp) соответствует изменение характера доменной структуры (ДС). А именно: при увеличении толщины прослойки, полосовая ДС переходит в мелкодисперсную нере-
гулярную ДС - в максимуме ЩЬпр) - и становится снова полосовой регулярной после прохождения максимума.
Впервые показано, что максимум ЩЬлр) характеризуется сменой типа доменных границ (ДГ). А именно: в образцах, соответствующих максимуму Hc(Lnp), доменные границы состоят из сегментов неелевских сквозных ДГ (с параллельной ориентацией намагниченности в слоях) и неелевские ДГ с ісвазизамкнутьві магнитным потоком (с антипараллель-ной ориентацией намагниченности в слоях).
Высказано предположение о причине двухкратного увеличения Не в узком интервале изменения толщины прослойки (2-4 нм). А именно: предполагается, что в указанном интервале происходит нарушение короткодействующей магнитостатической связи магнитных слоев. Предполагается, что причиной, указанной связи, наряду с неровностями прослойки, могут служить поля рассеяния ряби намагниченности.
Практическая значимость работы.
Выполнение данной работы связано с возможностью использования одно- и двухслойных атенок на основе FeCoNi в качестве запоминающих элементов энергонезависимой памяти с магниторезистивньві считыванием, а также для магннторезистивных датчиков .магнитного поля. Как уже было отмечено, для практического использования необходимо сочетание в пленках определенных магнитных и электрических характеристик. Результаты данной работы могут быть использованы для получения пленочных материалов с заданными характеристиками, а также при конструирования конкретных устройств. На основе полученных в ходе выполнения данной работы результатов разработаны и исследованы конкретные магниторезистивные запоминающие элементы и магниторезистив-ные датчики.
Апробация работы.
Материалы диссертации обсуждались на: Всесоюзном семинаре "Доменные и магнитооптические запоминающие устройства" (Кобулети-87), Всесоюзной конференции "Проблемы магнитных измерений" (Ленинград-89), "Всесоюзном семинаре по функциональной магнито-электронике" (Красноярск-90), Всесоюзных семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Ташкент-88, Новгород-90, Астра-хань-92, Москва-94), Всероссийских совещаниях вузов по Физике магнитных явлений (Иркутск-92, Астрахань-93), Международном коллоквиуме по Магнитным пленкам и поверхностям (Дюссельдорф-94), Европейской международной конференции по Магнитным материалам и приложениям - EMMA - (Вена-95).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 20 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Она содержит 175 страниц машинописного текста, включая 74 рисунка. Библиографический список содержит 100 наименований.