Введение к работе
.Актуальность темы. На современном этапе развития физики тонких магнитных пленок основными объектами исследования все в большей степени становятся сложные многослойные структуры с ультратонкими - вплоть до одной атомной плоскости чередующимися слоями с различными физическими характеристиками- Поскольку в многослойных пленочных структурах доля поверхности сравнима с объемом образца, то в этом случае поверхностные эффекты вносят существенный, а часто определяющий вклад в их свойства. Вследсгвиа этого многие многослойные пленочные структуры обладают уникальными характеристиками, недостижимыми для однослойных пленок. Вопросы, связанные с изучением взаимодействия магнитных слоев в многослойных пленках, изучались давно, однако эффекты взаимодействия меяду магнитными слоями связанные с поверхностными эффектами, были обнаружены сравнительно недавно, и последние годы активно исследуются.
Реализация искусственных периодических сруктур, обладающих свойствами, нереализуемыми в природных веществах, уке нашла свое практическое воплощение в создании полупроводниковых приборов на сверхрешетках, где методом молэкулярно-лучевой эпитаксии можно получить практически любую сверхрешэточную структуру. Наибольшее промышленное использование полупроводниковых многослойных структур сегодня - это изготовление всевозможных оптических покрытий. Перспективна и идея реализации высокотемпературной сверхпроводимости в многослойных структурах.Многослойные магнитные структуры могут использоваться как материалы - носители информации с продольным и вертикальным способом записи.
В многослойных структурах возможно реализовать различные магнитные характеристики. Сочетание, например, магнитомягких свойств с высокой намагниченностью и низкими потерями на гистерезис стало-
- к -
вится 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. Магнитосопротивление многослойных датчиков на основе Со и Ре более чем на порядок превосходит Ар/р обычных магниторезис-тивных тонкопленочных материалов, что обуоловленно обменным взаимодействием мекду ферромагнитными слоями.
Вследствии высокой коррозионной стойкости и износостойкости многослойные структуры перспективны ташке при использовании их в качестве защитных покрытий.
Для практического применения многослойных пленок необходим большой процент повторяемости свойств. Исследователи часто сталкиваются с трудностями в получении хорошо воспроизводимых свойств, так как это связано с сильной зависимостью магнитных свойств от технологических условий изготовления плэнок. 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 Co-Ті/Мо и Co-Ti/Cu; установление влияния концентрации титана, толщины ферромагнитных и немагнитных слоев на магнитные свойства; установление взаимосвязи структурных дефектов с магнитными параметрами. В связи с этим поставлены задачи:
1. Исследовать зависимость намагниченности, коэрцитивной силы и поля магнитной анизотропии от концентрации ТІ в ферромагнитном
слое.
-
Установить распределение концентрации химических элементов по глубине сэндвича для различных толщин слоев Со-Т1 и неферромаг-нитных прослоек Мо, Си.
-
Исследовать фазовый состав многослойных пленок, определить плотность, тип и распределение структурных дефектов.
-
Исследовать зависимость магнитных параметров от толщины слоев Co-Ti и парамагнитных слоев Мо, Си.
-
Выявить роль реальной структуры ( размера зерна, ширины мек-фазной границы, толщины ферромагнитных слоев ) в определении коэрцитивной силы многослойных, структур.
-
Оценить роль поверхностных и объемных дефектов в определении констант магнитной анизотропии.
7. Исследовать термическую стабильность магнитных параметров
композиционно-модулированных пленок. Определить энергию активации
процессов диффузии.
Новизна исследований и полученных результатов. Выполнен цикл исследований, в результате которого установлена качественная и количественная связь мэхду магнитными параметрами тонких многослойных пленок Co-Tl/Mo, Co-Ti/Cu и типом парамагнитной прослойки, толщиной парамагнитных и ферромагнитных слоев, и структурными дефектами.
Экспериментально определен интервал концентраций титана, при котором многослойные котозиционно-модулированные пленки Со-Т1/Мо имеют аморфную структуру.
Выявлен спектр периодичностэй структурных нэоднородностей многослойных аморфных Co-Tl/Mo и поликристаллических Co-Ti/Cu пленок, и анизотропность их распределения.
Проведены оценки коэрцитивной силы аморфных и поликристалли-
чесяоа многослойных пленок, обусловленные закреплением доменных границ поверхностными и объемными структурными дефектами.
Для ультратонких слоев многослойных композиционно-модулированных пленок Со-Ті/Мо проведено разделение магнитной анизотропии на объемную и поверхностную, в также сделаны количественные оценки этих компонент.
Оценена энергия активации и определены процессы происходящие в многослойных пленках в процессе искусственного старания.
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 магнитными свойствами. Исследование взаимосвязи структуры и магнитных свойств многослойных пленок открывает перспективы для практического применения этих пленок в качестве датчиков магнитного поля.
На защиту выносятся следующие основные полокения:
-
Концентрация титана в многослойных пленках Со-Ті/Мо, при которой наступает амортизация пленок, в 3 + 4 раза меньше, чем в однослойных пленках Со-Ті.
-
В композиционно-модулированных пленках Со-Ті/Мо и Co-Ti/Cu чередование ферромагнитных и немагнитных слоев, или чередование ферромагнитных слоев с разной намагниченностью определяется толщинами как ферромагнитных, так и неферромагнитных слоев.
-
В многослойных пленках существует спектр анизотропно распределенных структурных неоднородностей.
-
Намагниченность и коэрцитивная сила в многослойных пленках
зависят от типа промежуточных слоев и толщины ферромагнитных и нэ-фефромагнитных слоев.
Б. Тип и распределение структурных дефектов оказывают определяющее влияние на коэрцитивную силу и магнитную анизотропию.
6. Термостабильность многослойных пленок Co-Tl/Mo существенно зависит от толщины слоев молибдена.
Апробация работы. Осноззныо результаты работы докладывались на Всероссийских межвузовских, научно-технических конференциях (Владивосток, 1993, 1994, 1995,1996 гг.), на Всероссийских школах-семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1994, 1ЭЭ6 гг.), на X международном колоквиуме "Plasma Processes" (Франция, Антиб, 1995 г.), на V международном симпозиума "Trends and New Applications In Thin Pllms" (Франция, 1996 г.), на международной научно-методической конференции "Наука в образовательном процессе вуза" (Уссурийск, 1S97 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,, заключения и списка цитируемой литературы из 95 наименований. Общий объем диссертации составляет 108 страниц, включая 48 рисунков и 3 таблицы.