Содержание к диссертации
Введение
1. АМОРФНЫЕ ПЛЁНКИ И ГАДОЛИНИЙ-КОБАЛЬТ ., .11
1.1. Методы получения аморфных пленок GcL-Co 11
1.2. Атомная и магнитная структура пленок Gdr-Co 13
1.3. Магнитная анизотропия аморфных пленок Gdr-Co 23
1.3.1.Влияние условий получения на магнитную анизотропию аморфных пленок Gdr-Co 24
1.3.2.Влияние химического состава и температуры на магнитную анизотропию аморфных пленок QdrCo 27
1.3.3.Зависимость магнитной анизотропии от последующих обработок 31
1.3.4.Модели перпендикулярной анизотропии в аморфныхпленках QdrCo 32
1.4. Однородность аморфных пленок QdrCo. 42
2.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ИССЩУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ.' 46
2.1. Исследуемые образцы. , .46
2.2. Вращательный анизометр 47
2.3. Методика определения констант магнитной анизотропии и намагниченности насыщения . - 51
3. МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ПЛЕНОК Gdr-Co 56
3.1. Неоднородность типа "поверхностный окисленный слой". 56
3.2. Неоднородность типа "компенсационная поверхность" 64
3.3. Количественное определение неоднородности химического состава 79
4. МАГНИТНАЯ АНИЗОТЮШЯ АМОВЙШХ ПЛШОК Gd-Co ВБЛИЗИ СОСТОЯНИЯ МАГНИТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ И В ОБЛАСТИ СПИНОВОМ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ 95
4.1. Магнитная анизотропия аморфных пленок Gdr-Co вблизи состояния магнитной компенсации 95
4.1.1. Температурный и концентрационный ход константы перпендикулярной анизотропии вблизи состояния магнитной компенсации 96
"ч 4.1.2. "Деформация" магнитных подрешеток .104
4.2. Спиновая переориентация в аморфных пленках GdrCo 115
4.2.1.Спиновая переориентация в аморфных пленках Gel-Co при изменении температуры 115
4.2.2. Спиновая переориентация в аморфных пленках Gdr-Co при изменении химического состава 131
5. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МАГНИТНУЮ АНИЗОТРОПИЮ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ QdL-Co 143
5.1. Магнитная анизотропия легированных пленок Qd-Co 143
5.1.1. Магнитные свойства аморфных пленок гадолиний-кобальт, легированных молибденом и кремнием 144
5.1.2.Магнитные свойства аморфных пленок Gdr-Co, легированных медью, ураном, оловом. 158
5.2. Магнитная анизотропия пленок Gd-Co разной толщины 164
5.2.1. Магнитная анизотропия пленок Gdr-Co разной толщины при изменении толщины путем химического травления 165
5.2.2. Магнитная анизотропия пленок QdrCo разной толщины при изменении толщины варьированием времени напыления 169
5.3. Влияние термической и термомагнитной обработок на магнитную анизотропию аморфных пленок Qd-Co 180
ОСНОВННЁ ВНЗОДН , 195
- Методы получения аморфных пленок GcL-Co
- Методика определения констант магнитной анизотропии и намагниченности насыщения
- Неоднородность типа "поверхностный окисленный слой".
- Магнитная анизотропия аморфных пленок Gdr-Co вблизи состояния магнитной компенсации
- Магнитная анизотропия легированных пленок Qd-Co
Методы получения аморфных пленок GcL-Co
В настоящее время основными методами получения аморфных пленок гадолиний-кобальт являются вакуумное испарение и катодное (ионно-плазменное) распыление на охлаждаемую подложку [6,7]. Методом вакуумного испарения трудно получить гомогенные пленки и, следовательно, достичь приемлемой воспроизводимости свойств. Это относится и к взрывному испарению порошкообразных компонентов
Катодное распыление имеет определенное преимущество перед термическим испарением, поскольку позволяет сравнительно легко получать пленки многокомпонентных материалов и дает хорошую однородность свойств пленок по толщине и на большой площади. Однако главное преимущество заключается в том, что этот метод оказывается предпочтительным для создания в пленках необходимых магнитных свойств, в частности, перпендикулярной анизотропии [і].
Среди разновидностей катодного распыления наибольшее распространение получило.высокочастотное распыление, выполненное по двухэлектроднои схеме. В наиболее простом варианте катодом служит распыляемый материал, а охлаждаемая подложка укрепляется на аноде. На подложке осаждаются атомы, выбиваемые из мишени ускоренными электрическим полем ионами инертного газа. Тлеющий разряд поддерживается переменным электрическим полем частотой 13 56 мгц и амплитудой переменного напряжения несколько сот вольт. Как правило, на второй электрод подается постоянный отрицательный смещающий потенциал (напряжение смещения V ) величиной 0 + 200 В.
Получение пленок ведется в тлеющем разряде [б]. Особенностью катодного распыления по диодной схеме является то, что онопроисходит в невысоком вакууме - ( 1-Ї- 10 Ла ). По этой причине содержание примесных газов в пленке может достичь 30 атомных процентов (ат %). Применение ВЧ - смещения позволяет получать пленки с меньшим содержанием примесных газов, так как в переменном электрическом поле на подложке осаждаются в основном атомы металлов, обладающие большей кинетической энергией,, чем ионы газа [б]. Химический состав пленок, полученных катодным распылени-ем,зависит от величины напряжения смещения [8,9\. Зависимость от смещающего напряжения обусловлена тем, что в процессе напыления часть атомов гадолиния удаляется из растущей пленки (эффект перераспыления) при бомбардировке ее ионами аргона. По мере увеличения VB этот процесс усиливается и содержание гадолиния в пленках уменьшается.
Методика определения констант магнитной анизотропии и намагниченности насыщения
Известно, что пленки Qd-Co в окрестности компенсационного состава обнаруїивают анизотропию типа конус ОЛН [ll5j. Феноменологически конус ОЛН должен описываться двумя константами анизотропии ІЦ и Ко. Тогда выражение для энергии магнетика в магнитном поле имеет вид: Подвергнув кривые вращающих моментов Фурье анализу и поста-вив во взаимооднозначное соответствие полученному ряду гармоник выражение.
Неоднородность типа "поверхностный окисленный слой".
При разработке аморфных пленок как материалов для записи информации на ЦМД наряду с задачей получения определенного уровня магнитных свойств встает вопрос о достижении необходимой степени однородности этих свойств. Это является очевидным следствием требования стабильной и надежной работы устройств на ІЩ. С другой стороны, пленки с заданной неоднородностью свойств могут быть применены как датчики температур или магнитных полей [72] или как среды, в которых возможно использование бесструктурных методов управления 1Щ [l32]. Кроме того, изучение неоднородностей аморфных пленок необходимо для правильной интерпретации результатов измерений, проводимых в окрестности особых точек - состояния магнитной компенсации и спиновой переориентации. Помимо качественного, анализа встречающихся неоднородностей весьма желательно оценивать их и с количественной стороны.
3.1. Неоднородность типа "поверхностный окисленный слой"
Известно, что аморфные пленки Gd-Co состоят по крайней мере из трех, слоев: приподложечный, основной, поверхностный окисленный [85]. Приподложечный слой образуется за счет специфических условий, в которых находятся первые слои растущей пленки. Его величина может быть в значительной мере уменьшена подбором технологических параметров напыления, улучшением теплового контакта подложки с подложкодержателем [85-115j. Появление поверхностного слоя происходит вследствие селективного окисления гадолиния с поверхности пленки, протекающего из-за его высокой химической активности. При этом образуется слой толщиной несколько сотен ангстрем, состоящий преимущественно из окиси гадолиния Gd0Q и кобальта.
Магнитная анизотропия аморфных пленок Gdr-Co вблизи состояния магнитной компенсации
Экспериментальное исследование состояния магнитной компенсации является трудной технической и методической задачей. Это обусловлено малостью намагниченности образцов, большой величиной поля анизотропии. При изменении химического состава или температуры имеет место явление спиновой переориентации - изменение характера анизотропии.
Изучение поведения магнитной анизотропии в окрестности этих особых состоянии может дать дополнительные сведения о природе наведенной перпендикулярной анизотропии в пленках Gdi-Co.
4.1. Магнитная анизотропия аморфных пленок Gd-Co вблизи состояния магнитной компенсации
Как было отмечено в обзоре литературы, существует ряд работ, в которых так или иначе рассматривается магнитная анизотропия аморфных пленок РЗЗ-Пм в окрестности состояния магнитной компенсации. Однако в них отсутствует единая точка зрения относительно характера изменения константы перпендикулярной анизотропии в этой области. Тем не менее часть работ указывает на аномальное поведение Кц. вблизи Хн [1,11,21,35,40,42-44,77-79] и Тк [34, 43,65,85,86].
В связи с этим имеется настоятельная необходимость в однозначном определении характера поведения перпендикулярной анизотропии вблизи состояния магнитной компенсации с учетом всевозможных методических ошибок измерений и неоднородности пленочных образцов.
4.1.1. Температурная и концентрационная зависимость константы перпендикулярной анизотропии вблизи состояния маг нитной, компенсации.
Для исследования были выбраны наиболее однородные образцы,
т.е. такие образцы; у которых наблюдались:
1) совпадающие с обоих сторон пленки магнитооптические петли гистерезиса;
2) сквозная доменная структура;
3) линейный температурный ход намагниченности вблизи Т (что, согласно главе 3,свидетельствовало об однородности химического состава);
4) на КВМ, измеренных в окрестности Т , отсутствовали аномальные экстремумы (что, согласно главе 3, можно считать свидетельством отсутствия неоднородности типа "компенсационная поверхность", т.е. постоянства химического состава по толщине);
5) образцы либо имели незначительный окисленный слой благодаря наличию предохраняющего защитного стеклянного покрытия, либо окисленный слой перед началом измерений убирался посредством химического травления. Наличие окисленного поверхностного слоя надежно контролировалось по присутствию на (измеренных в малых полях - 40 кА/м) локальных экстремумов около нормали к плоскости пленки.
Магнитная анизотропия легированных пленок Qd-Co
Магнитная анизотропия легированных пленок Gd-Co Аморфные пленки Gd-Co представляются перспективными материалами-носителями ЦМД. Однако перпендикулярная анизотропия и приемлемый уровень других магнитных параметров, прежде всего намагниченности насыщения, получаются в пленках, состав которых находится в весьма узком интервале около компенсационного. Поэтому наблюдается сильная зависимость магнитных свойств от температуры. Это затрудняет использование системы пленок Gd-Co в качестве технологического материала и ставит задачу разработки более сложных многокомпонентных систем, отличающихся повышенной температурной стабильностью магнитных параметров в рабочем интервале температур. В частности, например, введение молибдена дает желаемый результат для пленок, содержащих субмикронные домены [52, 53]. Однако для практики на сегодняшний день представляют интерес домены, размер которых на порядок выше. В данной работе исследовалось влияние легирования на магнитные свойства аморфных пленок (GcLCo-QQ_X)IQO-U Ma с достаточно крупными доменами размером 3 -і- 5 мкм, где М = Mo, S L у CUL , Sn. , VJ . Основное внимание было уделено пленкам Со-Со-Мо и Co-Co-Sl
Домены размером 3 мкм реализуются в бинарных пленках Qdg Coon. Анализ магнитных свойств легированных пленок целесообразно проводить при неизменном соотношении Gd и Со (X = 18), Однако получение серии образцов с фиксированным X является очень трудоемкой задачей. Поэтому магнитные характеристики пленок с X = 18 определялись путем линейной интерполяции свойств нескольких образцов с близкими X
