WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 11 05;12 Измерения магнитных параметров электропроводящих магнитных пленок наноразмерной толщины с использованием анизотропного магниторезистивного эффекта © А.В. Медведь, Р.Г. Крышталь, А.И. Крикунов Институт радиотехники и электроники РАН, 141190 Фрязино, Московская область, Россия e-mail: avm@ms.ire.rssi.ru (Поступило в Редакцию 15 марта 2006 г.) Исследованы угловые зависимости анизотропного магнетосопротивления (АМС) в электропроводящих ферромагнитных пленках наноразмерной толщины и слоистых структурах, содержащих такие пленки и имеющих форму узких прямоугольных полосок, применяемую при изготовлении спин-туннельных магнитных переходов, обладающих гигантским магнетосопротивлением. Экспериментально показана возможность определения с помощью угловых измерений АМС основных магнитных параметров, важных при создании магнитных переходов. Определены ось магнитной анизотропии, величина магнитного поля насыщения и коэрцитивная сила в пленках пермаллоя (Py) толщиной 25 nm, в структурах пленка FeMn (15 nm)-пленка Py (10 nm), выращенных магнетронным методом на подложке из окисленного кремния и в структуре FeMn (15 nm)-Py (10 nm)-SiC (1.5 nm)-Py (10 nm), выращенной на ситалловой подложке.

Обнаружено, что при одинаковых условиях нанесения слоев Py в структурах пленка FeMn-пленка Py ось магнитной анизотропии Py оказывается повернутой на 90 по отношению к оси анизотропии Py в структурах, не имеющих слоя FeMn. В структуре FeMn (15 nm)-Py (10 nm)-SiC (1.5 nm)-Py (10 nm) с использованием АМС измерена величина обменного смещения поля перемагничивания, которая хорошо согласуется с результатом измерения, выполненного индукционным методом.

PACS: 75.75.+a Введение специальных приборов (см., например, [3,4]), которые, однако, не всегда приспособлены для измерения струкВ последнее десятилетие в связи с открывшимися тур сравнительно малых планарных размеров и специвозможностями улучшения параметров существующих фичной формы (прямоугольники шириной менее 100 µm и создания новых магнитных датчиков и устройств и длиной 3-10 mm), используемых при изготовлении памяти [1] большое внимание уделяется поиску новых спин-туннельных элементов и совершенно непригодны магнитных материалов и технологии изготовления элекдля контроля параметров магнитных элементов гототропроводящих ферромагнитных пленок наноразмерной вых структур. В [5,6] для измерения поля насыщетолщины с заданными физическими параметрами и ния и оценки величины смещения намагничивания в слоистых структур, содержащих такие пленки. Прежде ферромагнитной пленке (однонаправленной анизотрочем приступать к изготовлению магнитных переходов пии), возникающего из-за обменного взаимодействия сложной конфигурации и определению магнитных парас антиферромагнитным слоем использовался эффект метров отдельных элементов для анализа уже изготованизотропного магнетосопротивления (АМС). Однако в ленных многослойных устройств, необходимо иметь возэтих работах использовались пленки и структуры со можность оперативного контроля основных магнитных сравнительно большими планарными размерами, либо характеристик получаемых пленок. К ним в первую очеобразцы для исследования вырезались определенным редь относятся магнитное поле насыщения, направлеобразом из „широкой“ пленки таким образом, чтобы ось ние оси анизотропии намагниченности („закрепленного“ анизотропии составляла с направлением тока в образце направления намагниченности), коэрцитивность и велиугол a = 45. На практике же при изготовлении спинчина смещения намагниченности вдоль закрепленного туннельных магниторезистивных структур ось анизонаправления, возникающего в некоторых случаях за счет тропии обычно направлена вдоль длинной оси пленки обменного взаимодействия в структурах с ферромагнит(угол a = 0) либо перпендикулярно ей (a = 90). В[7] ной пленкой и антиферромагнитными закрепляющими эффект АМС использовался при измерении поля наслоями [2]. Для пленочных структур, выращенных в сыщения для многослойной структуры Co/Cu/Co, при виде дисков и прямоугольников сравнительно больших этом поле прикладывалось в направлении, перпендикуразмеров, все эти характеристики могут быть получены лярном оси легкого намагничивания, направление осей с помощью измерения зависимостей намагничивания пленки от внешнего магнитного поля, приложенного в анизотропии и коэрцитивная сила в образцах измеразличных направлениях. Для этих целей имеется ряд рялась индукционным методом на вибромегнетометре, Измерения магнитных параметров электропроводящих магнитных пленок наноразмерной толщины... а планарные размеры структуры были сравнительно большими.

В настоящей работе приводятся описание экспериментального исследования угловых зависимостей АМС в тонких наноразмерных ферромагнитных электропроводящих пленках и слоистых структурах с такими пленками, позволяющие определить следующие параметры: направление оси легкого намагничивания (или оси анизотропии), коэрцитивной силы, поля насыщения и смещения поля перемагничивания вдоль определенного направления, если такое смещение возникает за счет обменного взаимодействия в слоистых структурах с „закрепляющей“ антиферромагнитной пленкой. Такие пленочные структуры используются для изготовления спин-туннельных структур, обладающих гигантским магнетосопротивлением [8]. Отметим, что в [9] сообщалось, об использовании АМС для измерения параметров прямоугольных магнитных пленок наноразмерной толщины, Рис. 1. Блок-схема установки для измерения магнетосопроу которых ось анизотропии параллельна направлению тивления в магнитных пленках и слоистых структурах: 1 — тока и внешнего магнитного поля. В настоящей работе образец, 2 — поворотный столик для крепления образцов, рассмотрены случаи для нескольких различных направ3 — источник стабилизированного напряжения, 4 — миллилений оси анизотропии по отношению к направлению вольтметр, 5 — измеритель магнитной индукции.

тока и магнитного поля и приводятся результаты использования такой методики для большего числа различных структур.

переходов [8]). В образцах всех типов на торцах полосок были изготовлены алюминиевые контактные площадки Методика эксперимента для подключения к измерительной цепи. В процессе нанесения пленок подложки помещались в магнитное Измерения АМС проводились в пленках пермалполе величиной 200 Oe, направленное вдоль длинной лоя (Py) толщиной 10-30 nm в качестве проводящих оси образцов. В структурах второго типа при фотолиферромагнитных пленок и слоистых структурах двух тографическом изготовлении полосок их длинная ось типов. Слоистые структуры первого типа состояли из выбиралась именно в этом направлении. После нанедвух пленок: FeMn (10-20 nm) и Py (10-20 nm), в сения слоев образцы подвергались отжигу в вакууме которых пленка FeMn моделировала антиферромагнитпри температуре 300C и непрерывном воздействии ный закрепляющий слой. Пленки пермаллоя и струкмагнитного поля, как и в процессе нанесения. Отметуры первого типа изготавливались методом магнетим, что эти образцы были изготовлены специально тронного распыления через теневую маску на подлождля отработки методик определения параметров магках из окисленного кремния с подслоем Ta толщинитных структур из измерений АМС, и не ставилась ной 5-8 nm. Изготовленные образцы представляли созадача получения пленок с заранее заданными парабой полоску шириной 100 µm и длиной 5 mm. Слоистые метрами.

структуры второго типа, состоящие из четырех слоев Блок-схема экспериментальной установки для измеFeMn (15 nm)-Py (10 nm)-SiC (1.5 nm)-Py (10 nm), бырения АМС представлена на рис. 1. Исследуемый обли выращены на ситалловой подложке методом магнеразец 1 закреплялся на поворотном столике 2, позтронного распыления. Сначала образцы этой структуры воляющем поворачивать образец в плоскости на проимели форму прямоугольника со сравнительно большими размерами (10 10 mm), что позволяло использо- извольный угол относительно направления прикладываемого магнитного поля, создаваемого электромагнивать стандартные приборы для измерения магнитных параметров этой структуры. Затем с помощью фото- том. Стабильность и однородность поля в области, где находился образец, были удовлетворительны и конлитографии из этих широких образцов формировались тролировались магнитометром и по изменению АМС узкие полоски шириной 100 µm и длиной 8 mm, в при параллельном перемещении образца. Электрическое которых исследовалось АМС. Такая методика позволяла сравнить результаты измерения, полученные из исследо- сопротивление исследуемых образцов всегда было на вания АМС с результатами, полученными на стандарт- несколько порядков величины меньше сопротивления ной аппаратуре. (Отметим, что именно слои, имеющие включенного в измерительную цепь ограничительного форму длинных полосок, наносятся на подложку в резистора RH = 3.6M, что весьма точно обеспечивало определенном порядке при формировании магнитных режим постоянного тока при измерениях.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 74 А.В. Медведь, Р.Г. Крышталь, А.И. Крикунов Величина электрического сопротивления проводящей Экспериментальные результаты магнитной пленки равна [10] и их обсуждение R = R0 + RAMR cos2, (1) На рис. 2 представлены зависимости сопротивления где — угол между направлением электрического тока образца с единственной пленкой Py для нескольких и вектором намагниченности в образце, R0 — сопротивзначений угла, измеренные при возрастающем и ление образца при = /2, RAMR/R0 — максимальубывающем магнитном поле. Из рисунка видно, что ное относительное изменение сопротивления, вызванное максимальное изменение сопротивления при изменении эффектом АМС, для образца. Сопротивление образмагнитного поля наблюдается при = 90 и единственца, следовательно, должно быть максимальным, когда ный максимум зависимости R/R достигается вблизи направление тока параллельно (или антипараллельно) H = 0. При уменьшении угла величина R/R уменьвектору намагниченности, и минимально, когда вектор шается, а форма кривых становится более сложной — на намагниченности перпендикулярен направлению тока.

каждой кривой имеется два максимума и один „узкий“ Направление вектора намагниченности практически паминимум. При значениях угла менее 20 величина R/R раллельно вектору внешнего магнитного поля, когда это отрицательна при любых значениях поля, и ее завиполе достаточно велико, чтобы намагнитить образец до симость от поля имеет единственный минимум вблизи насыщения.

H = 0. Этот минимум имеет максимальную „глубину“ В эксперименте измерялось относительное изменение при = 0.

сопротивлоения образцов R/R R R(H) - R(HS), (2) R R(HS) где H — величина магнитного поля и HS — поле насыщения для угла между направлением поля и продольной осью образца. При измерениях сначала устанавливался заданный угол, и величина внешнего магнитного поля 400 Oe, заведомо превосходящая поле насыщения для всех исследуемых нами образцов, т. е. перед измерениями образец был намагничен до насыщения в заданном направлении, и вектор намагничивания параллелен внешнему магнитному полю ( =, см. (1)).

Из (1) и (2) измеряемое в эксперименте относительное изменение сопротивления образца может быть описано выражением R RAMR(cos2 - cos2 ) = R R0 + RAMR cos RAMR (cos2 - cos2 ). (3) RИзмерения проводились при убывающем поле от 400 до -400 Oe и при возрастающем поле от -400 до 400 Oe, т. е. при перемагничивании образцов. При этом между двумя последовательными шагами изменения поля выдерживалось некоторое время, за которое устанавливалось стационарное значение АМС. По сути измерялась петля гистерезиса. Положительному направлению поля соответствовала ситуация, когда заземленный контакт на образце расположен ближе к южному полюсу магнита (рис. 1). Измерения проводились при различном значении тока, протекающего через образец, от 1 до 100 µA, и существенного изменения зависимостей от величины тока на наблюдалось. Гораздо больше величина сопротивления пленок варьировалась при изменении Рис. 2. Зависимость относительного изменения сопротивлеокружающей температуры, относительные же изменения пленки Py от приложенного магнитного поля для нескольния сопротивления при изменении магнитного поля от ких значений угла. Стрелки возле кривых обозначают температуры не зависели (по крайней мере, в пределах возрастание или убывание магнитного поля при измерении 15-25C). соответствующей зависимости.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Измерения магнитных параметров электропроводящих магнитных пленок наноразмерной толщины... Наблюдаемые зависимости (рис. 2) можно качествен- Эти экспериментальные факты не противоречат перно объяснить, если предположить, что ось анизотропии воначальному предположению, что ось легкого намагнив данном образце направлена вдоль длинной оси образца чивания направлена вдоль длинной оси образца, поэтому (по направлению электрического тока). При = 90 из можно сделать вывод, что в исследуемом образце ось выражения (3) следует, что R/R достигает максимума анизотропии направлена именно вдоль его длинной оси.

при значении угла = 0. Это означает (рис. 2), что Аналогичные угловые зависимости наблюдались и для всех исследованных нами образцов с одинарной пленпри магнитном поле, близком к нулевому, направление намагниченности для данного образца совпадает с на- кой Py, полученных по описанной здесь технологии, что правлением электрического тока. При увеличении абсо- позволяет сделать вывод о наличии в таких образцах оси легкого намагничивания, направленной вдоль длинной лютной величины магнитного поля происходит поворот вектора намагниченности в направлении, соответствую- оси образцов.

Коэрцитивная сила для всех значений угла, как щем направлению поля, и при сравнительно больших следует из зависимостей, представленных на рис. 2, полях (при насыщении) направление намагниченности оказывается равной 1.5 Oe (значение поля, когда насовпадает с направлением поля, а R/R, как и следует магниченность в выделенном направлении меняет из (3), стремится к нулю. Тот факт, что максимум знак) и не зависит от того, возрастало или убывало зависимости R/R от поля H достигается не при H = 0, можно объяснить наличием коэрцитивности. Эти экс- поле при измерении кривых перемагничивания. При = 90 значение HC 1.5 Oe равно величине поля, периментальные факты не противоречат первоначалькогда достигается максимум зависимости, а при = ному предположению, что ось легкого намагничивания HC 1.7 Oe равно величине поля, при котором достиганаправлена вдоль длинной оси образца.

ется минимум.

При уменьшении угла <90 (рис. 2) при больЗависимости относительного изменения сопротивлеших величинах угол между вектором намагничивания ния от приложенного магнитного поля, направленного и направлением тока = и сопротивление будет под различными углами в плоскости образца, измев cos2 раз больше (1), чем при = 90, а макрялись и для структур „пленка FeMn-пленка Py“.

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.