WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 9 Исследования процессов кристаллизации тонких пленок гексагональных ферритов Ba-M © А.С. Камзин, Фулинь Вей, Зхенг Янг, Хсиоахси Лиу Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Исследовательский институт магнетизма и магнитных материалов, Ланчжоуский университет, 230000 Ланчжоу, Китайская Народная Республика E-mail: KAMZIN@spb.cityline.ru (Поступила в Редакцию 2 ноября 2001 г.) Изучена технология синтеза тонких пленок феррита Ba-M методом реактивного радиочастотного диодного распыления керамической мишени BaO · nFe2O3. Подложками служили предварительно отожженные пластинки из кварца. Исследовано влияние количества ионов Ba на кристаллические, магнитные свойства и микроструктуру пленок. Обсуждаются связи между величиной dHc /dT и микроструктурой пленки.

Полученные пленки удовлетворяют требованиям, предъявляемым к носителям информации со сверхвысокой плотностью записи.

Работа выполнена при поддержке Китайского фонда поддержки науки (National Scientific Foundation of China) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 01-02-17889).

Для использования тонких магнитных пленок в каче- менее, несмотря на большое число работ, процессы кристве носителей информации с высокой и сверхвысокой сталлизации и формирования таких сложных оксидных плотностью записи необходимы не только всесторонние соединений, как ферриты, в виде тонких пленок изучены исследования их свойств, но и новые технологические явно недостаточно.

методы получения таких пленок с нужными для техни- В данной работе исследовалось влияние количества ческого применения параметрами. Основной целью этих ионов Ba на кристаллические, магнитные свойства и исследований является увеличение плотности записи микроструктуру тонких пленок феррита Ba-M, синтезиинформации. Один из путей повышения плотности запи- рованных на аморфных подложках. Обсуждаются связи си состоит в уменьшении расстояния между средством между величиной dHc/dT (где Hc — коэрцитивная сизаписи и носителем, что накладывает на носитель такие ла) и микроструктурой пленки. Пленки синтезировались требования, как механическая прочность и химическая методом реактивного радиочастотного диодного распыстабильность. Пленки гексагональных ферритов типа ления мишени из керамического феррита Ba-M в смеси Ba-M обладают высокой устойчивостью к механическим газов Ar и O2 в соотношении 3.5 : 0.5 mTorr. Подложвоздействиям, однако величины коэрцитивной силы этих ками для осаждения пленок служили предварительно пленок недостаточны для записи информации с высокой отожженные пластинки из кварца. Мишени представляи сверхвысокой плотностью. Кроме того, важным явля- ли собой керамические таблетки состава BaO · nFe2O3, ется снижение себестоимости синтеза пленок Ba-M. приготовленные отжигом в течение 5 h смеси BaCOВозможность использования гексагонального феррита и Fe2O3, взятых в соответствующих пропорциях. После типа Ba-M (химическая формула BaFe12O19) в виде напыления для формирования необходимой кристаллитонких пленок для плотной и сверхплотной записи ческой и магнитной структуры пленки отжигались в информации была показана достаточно давно (см., на- течение часа при температуре 800C, оптимальность пример, [1–3] и ссылки там). Однако жесткие требования которой была установлена экспериментально. Толщина к свойствам пленок гексагональных ферритов, применя- полученных пленок составляла 100 nm.

емых в качестве запоминающих сред, определяли необ- Состав пленок определялся методом индуктивно свяходимость их выращивания на подложках из монокри- занной плазмы. Для изучения кристаллической и магнитсталлических пластинок гранатов или других ферритов. ной структуры синтезированных пленок использовались Это существенно увеличивает стоимость пленок, причем рентгеновский дифракционный метод и мессбауэровская только за счет монокристаллических подложек. Поэтому спектроскопия с регистрацией конверсионных и Ожепродемонстрированная в [4] возможность синтеза на электронов. Магнитные свойства и их температурные аморфных кварцевых пластинках пленок типа Ba-M со зависимости исследовались с помощью вибрационного свойствами, удовлетворяющими жестким требованиям магнитометра. Морфология поверхности пленок изучасверхплотной записи информации, стимулировала поиск лась с использованием электронного микроскопа.

новых типов недорогих подложек и разработку техно- На рис. 1 показаны рентгеновские дифракционные логий синтеза пленок на таких подложках. В [5] было спектры пленок состава BaO · nFe2O3. Величины n = 4.5, показано, что свойства тонкой пленки ферритов Ba-M 5.0, 5.25, 6.0, 6.5 были определены с помощью метода сильно зависят от ее химического состава. Тем не индуктивно связанной плазмы. Наблюдаемые на рис. 7 1636 А.С. Камзин, Фулинь Вей, Зхенг Янг, Хсиоахси Лиу Зависимости намагниченности насыщения Ms и коэрцитивной силы, измеренной в магнитном поле, приложенном параллельно и перпендикулярно плоскости роста пленок BaO · nFe2O3, от концентрации представлены на рис. 3. При повышении n намагниченность насыщения Ms растет (кривая 1 на рис. 3), достигая максимума, равного 370 emu/cm3, при n = 5.25. Дальнейшее увеличение значения n приводит к понижению величины Ms. Низкие значения Ms при n < 4.5 и n > 6.могут указывать на присутствие в данных составах парамагнитной фазы. Этот вывод согласуется с результатами анализа рентгеновских дифракционных спектров.

Как видно из данных измерений коэрцитивной силы, параллельной и перпендикуляреной плоскости роста Рис. 1. Рентгеновские дифракционные спектры пленок состава пленок BaO · nFe2O3, в зависимости от параметра n BaO · nFe2O3. Величины n = 4.5, 5.0, 5.25, 6.0, 6.5 определены (кривые 2, 3 на рис. 3), по мере увеличения n коэрциметодом индуктивно связанной плазмы. В скобках указаны линии, относящиеся к гексагональному ферриту Ba-M. Стрел- тивность понижается в обоих направлениях. Значения ками 1 и 2 отмечены положения линий фаз Fe2O3 и BaOFe2OdHc/dT в области комнатных температур уменьшаются соответственно.

с повышением величины n. Следует отметить, что чем широкие пики в области 22 являются линиями отражения от подложки. Как видно из спектров, представленных на рис. 1, для пленки состава BaO · 4.5Fe2Oдоминирует линия (008). Это означает, что для пленок состава BaO · nFe2O3 при n = 4.5 кристаллографическая ось C ориентирована перпендикулярно плоскости роста пленки. Присутствие на рентгеновском дифракционном спектре пленок состава BaO · 4.5Fe2O3 линий небольшой интенсивности, соответствующих ферриту BaFe2O4, можно объяснить большим количеством в таком соединении ионов Ba, содержание которых больше, чем в стехиометрическом соединении BaO · 6.0Fe2O3. С увеличением концентрации n растет интенсивность линии, соответствующей плоскости (110), что указывает на отклонение кристаллографической оси C от нормали к плоскости роста пленки. При величине n = 5.25 интенсивность линии (110) становится доминирующей, т. е.

для состава BaO · 5.25Fe2O3 ось C ориентируется преимущественно в плоскости пленки. На спектре состава BaO · 6.5Fe2O3, как видно из рис. 1, наблюдается линия, указывающая на присутствие в этом соединении гематита. Это объясняется отклонением данного состава от стехиометрии, что совпадает с результатами работы [5].

На рис. 2 представлены зависимости от температуры величин намагниченности насыщения, а также коэрцитивной силы в плоскости роста пленки и перпендикулярно ей для разных составов (n) пленок BaO · nFe2O3.

Температурные зависимости намагниченности насыщения Ms, измеренные с помощью вибрационного магнитометра в области температур от комнатной до 700 K, показаны на рис. 2, a. С повышением температуры Рис. 2. Намагниченности насыщения Ms (a), а также величинаблюдается практически линейное уменьшение намагны коэрцитивной силы, измеренные при приложении магнитниченности Ms для всех исследуемых пленок. Величина ного поля параллельно (b) и перпендикулярно (c) плоскости dMs/dT для пленок с концентрациями n = 5.0, 5.5 и 6.роста пленки BaO · nFe2O3, в зависимости от температуры для одна и та же. разных значений n. n: 1 —5.0, 2 —5.5, 3 —6.0.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Исследования процессов кристаллизации тонких пленок гексагональных ферритов Ba-M невозможностью использования традиционной мессбауэровской спектроскопии с регистрацией гамма-излучения в геометрии пропускания через образец, поскольку при данной толщине пленок соотношение сигнал/шум очень мало. На рис. 4 показаны мессбауэровские спектры пленок BaO · 4.5Fe2O3, полученные при комнатной температуре, в зависимости от температуры отжига пленки в течение часа. Волновой вектор распространения гаммаквантов был направлен перпендикулярно плоскости роста пленок.

Как видно из рис. 4, a, после отжига пленки BaO · 4.5Fe2O3 при температуре 700C мессбауэровский спектр состоит из двух линий, образующих дублет.

Аналогичный вид имеют спектры пленок, не подвергнутых отжигу, а также отожженных в течение часа при температурах ниже 700C. Значения изомерных Рис. 3. Зависимости от концентраций n намагниченности насдвигов 0.25 mm/s (относительно Fe) и квадрупольных сыщения Ms (1), коэрцитивной силы, измеренной в магнитном расщеплений 0.75 mm/s, рассчитанные из таких спектров поле, приложенном перпендикулярно (2) и параллельно (3) плоскости роста пленок BaO · nFe2O3.

(рис. 4, a), совпадают с величинами, полученными для пленок Ba-M непосредственно после синтеза методом радиочастотного распыления [9], и соответствуют параметрам немагнитного объемного аморфного феррименьше величина dHc/dT, тем выше такой парамер та Ba-M, приведенным в [10].

носителя (в данном случае пленки BaO · nFe2O3), как количество перезаписей бита информации. Анализ данных, аналогичной проведенному в [6], с использованием подхода, описанного в [7], показал, что это свойство исследуемых пленок, имеющих структуру Ba-M, зависит только от формы образующих ее кристаллитов. Данные электронной микроскопии указывает на то, что в пленках с высоким содержанием ионов Ba (малые величины n) размеры гранул сравнительно малы, при n 5.0 в пленках присутствуют только частицы пластинчатой формы. В пленках с n 6 размеры зерен существенно увеличиваются и их средняя величина превышает 200 nm. Количество кристаллитов игольчатой формы с соотношением сторон, равным 6, является преобладающим при n 6. По-видимому, при n размеры зерен больше однодоменных и присутствие доменных стенок в зернах приводит к уменьшению коэрцитивной силы этих пленок. При концентрациях n 6 коэрцитивность в плоскости пленок выше, чем в перпендикулярном направлении, тогда как при n 5.наблюдается противоположная картина, т. е. величина коэрцитивной силы, измеряемой в плоскости роста пленки, меньше, чем в направлении, перпендикулярном этой плоскости. Отсюда можно сделать вывод, что параметр n является определяющим при формировании ориентации оси C в синтезируемых пленках BaO · nFe2O3.

Мессбауэровская спектроскопия предоставляет прямые данные как о фазовом состоянии исследуемых веществ, так и об ориентации магнитных моментов в образце. С учетом этого синтезированные пленки были исследованы с помощью эффекта Мессбауэра, но с Рис. 4. Мессбауэровские спектры ферритовой пленки состава регистрацией конверсионных и Оже-электронов в гео- BaO · 4.5Fe2O3, полученные после ее отжига в течение часа метрии обратного рассеяния [8]. Последнее обусловлено при температурах 700 (a), 800 (b) и 900C (c).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1638 А.С. Камзин, Фулинь Вей, Зхенг Янг, Хсиоахси Лиу После отжига пленки BaO · 4.5Fe2O3 при температуре Список литературы 800C на мессбауэровских спектрах наблюдается зее[1] M. Matsuoka, Y. Hoshi, M. Naoe, S. Yamada. IEEE Trans.

мановское расщепление линий (рис. 4, b), вид которых Magn. 18, 1119 (1982).

не меняется после отжига при 900C (рис. 4, c). Из [2] D.E. Speliotis. IEEE Trans. Magn. 23, 3134 (1987).

анализа экспериментально полученных спектров с помо[3] Xiaoyu Sui, Matthias Scherge, Mark H. Kryder, щью компьютера по методу наименьших квадратов было John E. Snyder, Vincent J. Harris, Norman C. Koon. J.

установлено, что их структура указывает на принадлежMagn. Magn. Mater. 155, 132 (1996).

ность исследуемой пленки к гексагональному ферриту [4] M. Matsuoka, M. Naoe, Y. Hoshi. IEEE Trans. Magn. 21, типа Ba-M [11]. Линий, указывающих на присутствие в 1474 (1985).

пленке других фаз, в том числе и феррита BaFe2IO4, [5] V.J. Chen, D.E. Laughlin, X. Ma, M.H. Kryder. J. Appl. Phys.

не обнаружено в пределах ошибки, составляющей 5%. 81, 4380 (1997).

Полученные из спектров величины эффективных маг- [6] Xiaoxi Liu, Jianmin Bai, Fulin Wei, Zheng Yang, Akimitsu Morisako, Mitsunori Matsumoto. J. Magn. Magn.

нитных полей на ядрах ионов железа, занимающих Mater. 212, 273 (2000).

положения в 4 f -, 4 f - и 12k-подрешетках, оказались 1 [7] A.A. Aharoni. Introduction to the Theory of Ferromagnetism.

равными 342 ± 5, 348 ± 5 и 327 ± 5 kOe соответственно.

Oxford University Press, Oxford (1996). 360 p.

Из рис. 4, b и c видно, что интенсивности вторых и пя[8] А.С.Камзин, Л.А. Григорьев. Письма в ЖТФ 16, 38 (1990).

тых компонент зеемановских секстетов малы. Это озна[9] P. Gerard, E. Lacroix, G. Marest, B. Blanchard, G. Rolland, чает, что магнитные моменты в исследуемом объекте B. Rolland, B. Bechevet. Solid State Commun. 71, 52 (1989).

незначительно отклонены от волнового вектора гамма[10] L. Fa-Shen, Z. Rong-Jie, L. Jand-Zhong, Y. Zheng. Hyperfine излучения, направленного перпендикулярно плоскости Interact. 41, 491 (1988).

пленки. Угол, определяющий ориентацию магнитных [11] Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, В.И. Синявский. Магнитмоментов в кристалле относительно волнового вектоная микроструктура ферритов. Изд-во Казан. ун-та (1978).

ра -излучения, можно рассчитать из мессбауэровских 181 с.

[12] Химические применения мессбауэровской спектроскопии.

спектров, используя формулу (см., например, [12]) Сб. статей / Под ред. В.И. Гольданского, Л.И. Крижанского, В.В. Храпова. Мир, М. (1977). 50 с.

4A1,6 - 3A2,5 1/ = arccos 4A1,6 + 3A2,(3/2)A2,5/A1,6 1/= arcsin, (1) 1 +(3/4)A2,5/A1,где A1,6 — интенсивности первой и шестой линий, а A2,5 — второй и пятой. Расчеты по формуле (1) дали для угла значение, равное 30 ± 7.

Изучение синтезированных пленок BaO · 4.5Fe2O3 с помощью электронного микроскопа показало, что они состоят из частиц пластинчатой формы. Как известно [8], в гексагональных ферритах типа Ba-M магнитные моменты ориентированы вдоль кристаллографической оси C. Из сопоставления данных электронной микроскопии с результатами мессбауэровских исследований следует, что у подавляющего большинства пластинок, образующих исследуемую пленку BaO · 4.5Fe2O3, кристаллографическая ось C ориентирована перпендикулярно плоскости роста пленки.

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.