Магнитооптическое исследование магнитных свойств тонких неоднородных потолщине CoNi пленок Дун Инби

Введение к работе

Актуальность темы. Изучение свойств тонких магнитных пленок является одним из важных направлений физики магнитных явлений. В последнее время тонкие металлизированные магнитные пленки (ТММП) широко применяются в устройствах современной магнитной электроники. Одним из важнейших применений ТММП является использование их в качестве носителя информации. Преимуществом тонкопленоченных носителей записи перед традиционными порошковыми является возможность получения более высоких уровней воспроизводимых сигналов и, как следствие, повышение продольной и поперечной плотностей записи.

Перспективными носителями информации для высокоплотной продольной магнитной записи в настоящее время считаются металлизированные пленки CoNi, приготовленные напылением под углом на движущуюся подложку [1]. Непрерывное изменение угла напыления при движении подложки приводит к изгибанию кристаллитов в процессе роста пленок [2]. Изменение кристаллической структуры пленок по их толщине должно приводить также к изменению по толщине магнитных свойств (коэрцитивной силы, магнитной анизотропии и др.), которые определяются, в частности, формой и ориентацией кристаллитов. Поэтому актуальной задачей является исследование распределения магнитных свойств по толщине и выяснение природы магнитной анизотропии в тонких магнитных пленках CoNi, напыленных под углом.

В общем случае магнитные свойства ферромагнетиков в объеме и на поверхности отличаются друг от друга. Число ближайших соседей и симметрия окружения поверхностных и объемных атомов различны. Особое положение поверхностных атомов приводит к особенностям их свойств, включая магнитные свойства. Влияние поверхности на магнитные свойства распространяется вглубь кристалла. Толщина приповерхностного слоя с особыми свойствами зависит от многих обстоятельств — кристаллической и магнитной структуры, внешних воздействий — и может изменяться от единиц до сотен и тысяч атомных слоев. Хотя первые работы, посвященные исследованию влияния поверхности на магнитные свойства, появились более пятидесяти лет назад, большинство научных публикаций на эту тему появилось в последнее десятилетие. С научной точки зрения интерес к исследованию магнитных свойств поверхности обусловлен тем, что поверхность кристалла представляет собой объект пониженной размерности и магнитные взаимодействия в приповерхностной области изменяются по

сравнению с объемом [3]. С практической точки зрения необходимость исследования магнитных свойств поверхности диктуется потребностями современной магнитной микроэлектроники, одной из основных тенденций которой является миниатюризация элементной базы и устройств. Прогресс в этой области в значительной степени связан с успехами в технологии синтеза тонких магнитных пленок. Уменьшение толщины пленок приводит к возрастанию роли поверхности в формировании их рабочих характеристик. В изделиях магнитной электроники особые магнитные свойства поверхности могут быть связаны как с физическими механизмами, так и с технологическими факторами.

Существует ряд методов исследования магнитных свойств на поверхности образца. Наиболее эффективными методами исследования магнитных свойств поверхности являются магнитооптические методы в отраженном свете [3,4]. Из-за малой величины эффектов Керра исследования с их использованием обычно проводятся модуляционным методом, при котором образец помещают в переменное магнитное поле, что позволяет повысить чувствительность измерений на 2-3 порядка. С помощью модуляционного метода производится селективное выделение первой гармоники измеряемого сигнала и это позволяет измерять начальную кривую намагничивания образца (в относительных единицах) и оценить величину ряда важных параметров магнетиков (коэрцитивную силу, поле насыщения и др.). Более полную информацию о магнитных характеристках поверхности дает измерение петель гистерезиса.

Актуальной задачей является магнитооптическое исследование магнитных свойств ферромагнетика в приповерхностных слоях разной толщины путем изменения длины волны света (X). Толщина исследуемого магнитооптическим методом приповерхностного слоя магнетика определяется глубиной формирования отражательных магнитооптических эффектов (I) и составляет несколько сотен ангстрем [5-7].

В результате компьютерных экспериментов, проведенных в работе [8], был сделан вывод о том, что значение I определяется либо глубиной проникновения света в кристалле L = \/4тк (к - показатель поглощения света) - в случае сильного поглощения, либо параметром Z₀ =Х/8п, (п -показатель преломления света.) - в случае слабого поглощения. Этот вывод предполагает возможность магнитооптического исследования магнитных свойств в приповерхностных слоях ферромагнетика разной толщины путем изменения длины волны света.

Целью настоящей работы является следующее:

1. Разработка метода измерения петель гистерезиса на поверхности ферромагнетиков, основанного на использовании меридианального и полярного интенсивностных эффектов.

2. Исследование статических магнитных свойств на разных сторонах и в объеме тонких неоднородных по толщине CoNi пленок.

3. Магнитооптическое исследование магнитных свойств приповерхностных слоев разной толщины и оценка глубины формирования отражательных магнитооптических эффектов в CoNi пленках.

Научная новизна и практическая ценность:

4. Создан метод измерения петель гистерезиса в тонком приповерхностном слое ферромагнетиков (толщиной 100 -5- 300 А), основанный на использовании меридианального (МИЭ) и полярного (ПИЭ) интенсивностных магнитооптических эффектов. Измерение МИЭ и ПИЭ проводится модуляционным методом путем качания плоскости поляризации света с помощью магнитооптического модулятора. Чувствительность измерений МИЭ и ПИЭ J_/J₀« 10" (J_ = J - J₀; J, J₀ - интенсивности света, отраженного от намагниченного и ненамагниченного кристалла, соответственно). Метод позволяет изучать три компоненты намагниченности на поверхности магнетиков.

5. Магнитооптическим методом исследованы петли гистерезиса на разных сторонах тонких CoNi пленок, напыленных под изменяющимся углом на подложку из полиэтилентерефталата при изменении угла напыления как от большего к меньшему, так и от меньшего к большему. Путем сравнения магнитных свойств пленок на их разных сторонах и в объеме установлено, что эти свойства непрерывно изменяются по толщине. Коэрцитивная сила всегда выше на той стороне пленок, на которой угол напыления больше.

6. Обнаружено, что кривые намагничивания приповерхностных слоев CoNi пленок, измеренные с помощью экваториального эффекта Керра (ЭЭК), зависят от длины волны света (X). Наблюдающийся эффект объяснен зависимостью глубины формирования ЭЭК () в пленках от X. Поскольку магнитные свойства исследованных пленок неоднородны по толщине, то изменение I приводит к изменению кривых намагничивания приповерхностного слоя пленок.

7. С помощью измерения угловых зависимостей ЭЭК определены оптические константы CoNi пленок и с их использованием рассчитаны L

и Z₀. Сделан вывод о том, что величина L определяется параметром L, который увеличивается с ростом X. 5. Полученные результаты имеют важное практическое значение при разработке и совершенствовании тонкопленочных металлизированных носителей высокоплотной магнитной записи. Положения, выносимые на защиту:

8. Метод измерения петель гистерезиса в тонком приповерхностном слое ферромагнетика, основанный на использовании меридианального и полярного интенсивностных магнитооптических эффектов.

9. CoNi металлизированные пленки, приготовленные вакуумным напылением под углом, характеризуются неоднородным распределением магнитных свойств по толщине, что обусловлено формой кристаллитов, формирующих пленки.

10. Экспериментальные результаты, в которых установлено, что кривые намагничивания приповерхностных слоев пленок, измеренные с помощью ЭЭК, зависят от длины волны света. Объяснение наблюдающегося эффекта зависимостью глубины формирования ЭЭК от длины волны света и неоднородностью магнитных свойств CoNi пленок по толщине.

11. Вывод о том, что глубина формирования отражательных магнитооптических эффектов CoNi пленок в ближней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра определяется глубиной проникновения света.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ленинские горы-95" (Москва, МГУ, 1995); Научно-практическом семинаре "Проблемы записи и хранения информации в телерадиовещании" (Москва, 1995); Международной конференции SMM12 (Soft Magnetic Materials, Cracow, 1995).

Публикации:

По теме диссертации из опубликовано 6 печатных научных работ [1-6].

Объем и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 90 названий. Диссертация изложена на 94 страницах и содержит 18 рисунков.