WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 4 Влияние отжига на магнитные и магнитооптические свойства пленок Ni © Е.Е. Шалыгина, Л.В. Козловский, Н.М. Абросимова, М.А. Мукашева Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия E-mail: shal@magn.ru (Поступила в Редакцию 9 марта 2004 г.

В окончательной редакции 7 июля 2004 г.) Представлены результаты исследования магнитных и магнитооптических свойств исходных и отожженных при температуре Tann = 300, 400 и 500C пленок Ni толщиной 50-200 nm. Объемные и приповерхностные петли гистерезиса измерены с помощью вибрационного магнитометра и экваториального эффекта Керра (ЭЭК). Обнаружено сильное влияние температуры отжига на магнитные характеристики изучаемых образцов. В частности, установлено, что с ростом температуры отжига коэрцитивная сила HC пленок Ni увеличивается, а остаточная намагниченность уменьшается. Найденные зависимости магнитных характеристик от толщины пленок и температуры отжига объяснены микроструктурными особенностями образцов.

Установлено, что для всех пленок Ni спектры ЭЭК в области энергии квантов падающего света от 1.5 до 6 eV имеют одинаковую форму, но значения ЭЭК уменьшаются с ростом Tann. Этот экспериментальный факт объяснен уменьшением намагниченности насыщения отожженных образцов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 02-02-16627).

1. Введение нитных слоев (Zr, Ta, Al, Mo, Pt, Pd) на магнитные свойства пленок Fe и Co с изменяющейся в широких пределах (от 2 до 200 nm) толщиной [10–13]. Вместе В последние годы большое внимание уделяется исслес тем магнитные характеристики пленок Ni изучены дованию низкоразмерных магнитных материалов, осоне столь подробно (см., например, [14–17]), а влияние бенность которых состоит в том, что один или два их отжига на их магнитные и магнитооптические свойства размера лежат в микро- или нанометрическом диапане исследовалось вообще.

зоне. Тонкие магнитные пленки (ТМП), толщина котоЦелью данной работы является исследование магнитрых значительно меньше, чем два других размера, являных и магнитооптических свойств пленок Ni в исходном ются одним из примеров твердотельных низкоразмерных состоянии и после отжига при температурах 300, материалов. ТМП имеют уникальные магнитные, маги 500C.

нитооптические, кинетические и динамические свойства.

Вследствие этого они находят широкое практическое применение. В частности, ТМП используются в качестве 2. Образцы и экспериментальные миниатюрных элементов в различных устройствах сометодики временной микроэлектроники [1–3], в системах магнитной памяти [4–6], в качестве интерференционных фильСерии пленок Ni были получены методом магнетронтров, отражающих и антиотражающих покрытий [7,8] ного распыления с использованием сверхвысоковакууми т. д.

ной установки УСУ-4. Пленки напылялись на стеклянВ 90-е годы прошлого столетия был достигнут зна- ные подложки при базовом давлении в рабочей камере чительный прогресс в технологии получения ТМП, что 10-8 Torr. Температура подложек в момент нанесения в немалой степени интенсифицировало их изучение. пленок была комнатной. В процессе напыления пленок Некоторые результаты уже проведенных исследований параллельно подложке было приложено магнитное попозволили решить ряд проблем физики ТМП. В част- ле HSub, равное 70 Oe. Сверхвысокий вакуум достигался ности, представления о влиянии границы раздела между с помощью магниторазрядного насоса после прогрева магнитной пленкой и подложкой на кинетические, маг- рабочей вакуумной камеры при температуре 200C нитные и магнитооптические свойства были значительно в течение 8 h. В качестве рабочего инертного газа расширены. Влияние морфологии, размеров кристалли- использовался ксенон. Давление инертного газа было тов и их кристаллографической ориентации в немаг- порядка 10-3 Torr. Толщина пленок в каждой серии нитном слое, напыленном между магнитной пленкой варьировалась от 50 до 200 nm. Чтобы предотвратить и подложкой, на магнитные свойства тонкопленочных окисление, пленки Ni были покрыты слоем углерода магнитных систем было исследовано детально (см., на- толщиной 10 nm. Серии пленок Ni с указанными выше пример, [9]). Получен обширный экспериментальный ма- толщинами были отожжены в вакууме в течение часа териал по влиянию микроструктуры и толщины немаг- при температурах Tann = 300, 400 и 500C.

Влияние отжига на магнитные и магнитооптические свойства пленок Ni Исследование микроструктуры изучаемых образцов Зависимости приповерхностных и объемных значений было выполнено с помощью X-лучевого дифракцион- коэрцитивной силы HC и приведенных значений останого анализатора (XRD). Объемные магнитные харак- точной намагниченности MR/MS от толщины пленок Ni теристики никелевых пленок измерялись на вибраци- представлены на рис. 3 и 4.

онном магнитометре. Информация о приповерхностных Обнаруженное различие петель гистерезиса для исмагнитных характеристиках образцов была получена с ходных и отожженных при 300C пленок никеля свипомощью магнитооптического магнитометра, подробно детельствует о наличии наведенной магнитной анизоописанного в [18]. Известно, что магнитооптический тропии в плоскости образцов, обусловленной, согласно эффект Керра чувствителен к намагниченности припо- существующим представлениям (см., например, [19]), верхностного слоя определенной толщины tpen, соот- магнитным полем HSub, приложенным в процессе наветствующей „глубине проникновения света в среду“.

пыления пленок. Известно [19], что для тонких одВеличина tpen определяется с помощью соотношения нодоменных магнитных пленок с осью легкого намагtpen = /4k, где — длина волны падающего света, ничивания (ОЛН), лежащей в плоскости образца, в а k — коэффициент поглощения среды. Согласно суполе, параллельном ОЛН, наблюдаются петли гистеществующим экспериментальным данным [13], значение резиса прямоугольной формы, а в перпендикулярном tpen для металлических ферромагнетиков не превышает направлении — безгистерезисные петли с нулевым зна10-30 nm в области энергии квантов падающего света чением коэрцитивной силы и остаточной намагничен0.5 < <5 eV. В данном случае величина tpen составности. С помощью биттеровской техники наблюдения ляла 15 nm. Измерение приповерхностных петель гидоменных структур было установлено, что изучаемые стерезиса было выполнено с помощью экваториального пленки Ni являются многодоменными. Вследствие этого эффекта Керра (ЭЭК). Здесь =(I - I0)/I0, где I в исходных и отожженных при 300C пленках никеля и I0 — интенсивности света, отраженного от намагв поле, приложенном вдоль D1 (параллельном HSub), ниченного и ненамагниченного образцов соответственпетли гистерезиса имеют форму, близкую к прямоно. Фактически для изучаемых образцов измерялись угольной (значения приведенной остаточной намагнизависимости (H)/S M(H)/MS (S — значение ЭЭК ченности MSur/MS 0.94-0.97, MVol/MS 0.9), а в R R при M = MS, MS — намагниченность насыщения) при поле, приложенном вдоль D2, наблюдаются наклонные циклическом изменении (от +H до -H и от -H до +H) петли с отличной от нуля коэрцитивной силой. Анализ внешнего магнитного поля, приложенного параллельзависимостей приповерхностных и объемных значений но поверхности образца и перпендикулярно плоскости коэрцитивной силы HC и приведенных значений остаточпадения света. Спектральные зависимости ЭЭК были ной намагниченности MR/MS от толщины пленок Ni поизмерены в области энергии квантов падающего света казал, что для всех изучаемых систем коэрцитивная сила 1.5 < <6 eV. Угол падения света на образец был HC возрастает с увеличением толщины пленок Ni tNi.

равен 65. Все измерения выполнялись при комнатной В поле, приложенном вдоль D1, приведенная остаточная температуре.

намагниченность исходных и отожженных при 300C образцов практически не зависит от tNi. Для серии образцов Ni, отожженных при 400 и 500C, как при3. Результаты эксперимента поверхностные, так и объемные значения приведенной и их обсуждение остаточной намагниченности уменьшаются с увеличением толщины пленок, объемные значения MVol/MS С помощью вибрационного и магнитооптического R вдоль D1 и D2 одинаковы, а поверхностные различамагнитометров для всех изучаемых пленок Ni были ются. Таким образом, в результате отжига при темпеизмерены объемные и приповерхностные петли гистературе Tann = 400 и 500C пленки никеля становятся резиса. Измерения выполнялись при двух ориентациях практически изотропными и более магнитожесткими.

внешнего магнитного поля H, приложенного в плоскоНаконец, из рис. 3 и 4 видно, что для всех образцов сти образцов. В одном случае направление H совпадало приповерхностные и объемные значения HC и MR/MS с ориентацией магнитного поля, приложенного в проSur Vol различаются, причем HC > HC и MSur/MS > MVol/MS.

цессе напыления пленок (обозначим это направление R R Известно [19], что такие соотношения приповерхносткак D1), а в другом было перпендикулярно данному ных и объемных значений HC и MR/MS характерны для направлению (D2).

магнитных пленок толщиной 50-200 nm. По аналогии Было обнаружено, что для исходных и отожженных с существующими данными [19] этот факт может быть при 300C пленок никеля в поле, приложенном вдоль объяснен различной доменной структурой приповерхD1, петли гистерезиса (как приповерхностные, так и ностного слоя и внутреннего объема пленки.

объемные) имеют форму, близкую к прямоугольной, Наблюдаемое увеличение коэрцитивной силы HC при а в поле, приложенном вдоль D2, петли наклонные.

Для отожженных при 400 и 500C пленок такого раз- возрастании толщины tNi и температуры отжига можличия магнитных свойств не наблюдалось. Для иллю- но объяснить, используя результаты микроструктурных страции на рис. 1 и 2 приведены петли гистерезиса, исследований пленок Ni. В настоящее время доказано, полученные для исходной и отожженной при темпе- что магнитополевое поведение тонких пленок зависит ратуре Tann = 400C пленок никеля толщиной 200 nm. в основном от размера кристаллитов, формирующих Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 662 Е.Е. Шалыгина, Л.В. Козловский, Н.М. Абросимова, М.А. Мукашева Рис. 1. Петли гистерезиса, полученные с помощью вибрационного магнитометра (VSM) и магнитооптического экваториального эффекта Керра (MOKE) для исходной пленки Ni толщиной 200 nm в магнитном поле, параллельном и перпендикулярном направлению поля HSub, приложенного параллельно подложке в процессе напыления пленок (соответственно направления Dи D2).

Рис. 2. То же, что на рис. 1, для отожженной при Tann = 400C пленки Ni толщиной 200 nm.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние отжига на магнитные и магнитооптические свойства пленок Ni Рис. 3. Зависимости приповерхностных и объемных значений коэрцитивной силы HC от толщины пленок Ni, полученные для исходных и отожженных образцов.

Рис. 4. Зависимости приповерхностных и объемных значений остаточной намагниченности от толщины пленок Ni, полученные для исходных и отожженных образцов.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 664 Е.Е. Шалыгина, Л.В. Козловский, Н.М. Абросимова, М.А. Мукашева Рис. 5. Спектральные зависимости ЭЭК от энергии квантов падающего света, полученные для исходных и отожженных пленок Ni.

массив пленки, и их кристаллографической ориентации. тов, формирующих объем пленок. Мы действительно Было обнаружено, что все изучаемые пленки имеют наблюдали такую корреляцию между магнитными и поликристаллическую структуру с размером кристал- микроструктурными свойствами пленок Ni.

Sur литов, сравнимым с толщиной пленки. Анализ рентге- Увеличение приповерхностных значений HC, а вследVol ноструктурных данных показал, что в XRD-спектрах, ствие этого и объемных значений HC с ростом темпераполученных для изучаемых пленок, наблюдаются только туры отжига может быть также объяснено усиливающейлинии {111}, что свидетельствует о преимущественной ся шероховатостью поверхности отожженных образцов, (111)-ориентации кристаллитов параллельно поверхноо чем свидетельствуют данные, полученные нами с сти образца. Кроме того, было найдено, что с увеличепомощью атомного силового микроскопа. Например, для нием температуры отжига интенсивность линий {111} исходной и отожженных при температурах 300, возрастает (см. таблицу), что согласно существующим и 500C пленок никеля толщиной 70 nm средней (макданным [20], связано с усилением текстуры образцов.

симальный) размер шероховатостей равен 0.45 (0.65), В работе [20] было показано, что в более (111)-тексту0.53 (1), 0.68 (1.07) и 0.72 (1.12) nm соответственно.

рированных образцах (при прочих равных условиях, На рис. 5 приведены спектральные зависимости ЭЭК например при одинаковых толщине и составе) значеот энергии квантов падающего света, полученные ние коэрцитивной силы увеличивается. Кроме того, в для изучаемых пленок никеля при H > HS, где HS — соответствии с данными, приведенными в [12,13], значеполе насыщения исследуемого образца. Из рис. 5 видно, ние HC возрастает с увеличением толщины магнитных что для всех изучаемых пленок форма кривых ( ) пленок, что обусловлено ростом размера кристаллипрактически одинакова, а для пленок одной серии величина ЭЭК не зависит от толщины образца, что в Интенсивность линий {111}, наблюдаемых для исходных соответствии с приведенным выше описанием магнии отожженных пленок Ni тооптической методики обусловлено тем, что толщина изучаемых образцов tNi > tpen. Максимальное значение Tann, C ЭЭК (max) для всех образцов наблюдается в области tNi, nm 0 300 400 = 3.7 eV. Значения max равны 4.6 · 10-3, 3.9 · 10-3, 3.6 · 10-3 и 3.2 · 10-3 для исходных и отожженных 50 48 152 2130 при 300, 400 и 500C пленок никеля соответственно.

70 180 2280 2400 100 260 3600 3680 3980 Видно, что с ростом температуры отжига величина 200 1808 3760 4800 ЭЭК уменьшается. Этот факт можно объяснить следуФизика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние отжига на магнитные и магнитооптические свойства пленок Ni ющим образом. Согласно данным, полученным с по- [16] Y.V. Kudryavtsev, V.V. Nemoshkalenko, Y.P. Lee, K.W. Kim, C.G. Kim, B. Szymanski. J. Appl. Phys. 88, 5, 2430 (2000).

мощью вибрационного магнитометра, значение намаг[17] O. Kohmoto, N. Mineji, Y. Isagawa, F. Ono, O. Kubo. J. Magn.

ниченности насыщения MS отожженных при 300, Magn. Mater. 239, 36 (2000).

и 500C пленок никеля уменьшается примерно в 1.2, 1.[18] Е.Е. Шалыгина, В.В. Молоканов, М.А. Комарова. ЖЭТФ и 1.4 раза соответственно по сравнению с MS исходных 122, 3(9), 593 (2002).

образцов. Соотношение максимальных значений ЭЭК [19] Г.С. Кринчик. Физика магнитных явлений. Изд-во МГУ, М.

max для отожженных и исходных пленок практически (1985).

такое же. Известно, что магнитооптические эффекты [20] C.J. Lin, G.L. Gorman, C.H. Lee, R.F.C. Farrow, E.E. Mariв первом приближении имеют линейную зависимость nero, H.V. Do, H. Notarys. J. Magn. Magn. Mater. 93, от намагниченности ( M). Таким образом, можно (1991).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.