Взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств в пленках Co-Ni-Fe и в системе Co/IrMn

• Автор: Хоменко, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 87 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

СВОЙСТВА Co-Ni-Fe ПЛЁНОК И ФМ/АФМ СТРУКТУР

1.1 Синтез и свойства магнитомягких нанокристаллическнх тонких плёнок CoNi-Fe

1.1.1 Влияние условий осаждения на магнитные свойства

1.1.2. Кристаллическая структура сплава и её связь с магнитными свойствами

1.1.3. Влияние химического состава на кристаллическую структуру

1.1.4. Вариация состава с толщиной

1.1.5. Стабильность Co-Ni-Fe плёнок

1.1.5.1. Коррозионная стойкость и гцк-оцк структура

1.1.5.2. Термическая стабильность

1.1.6. Высокочастотные свойства

1.2. Обменное смещение в структурах ФМ/АФМ
1.2.1. Роль толщины ФМ и АФМ слоев в обменном смещении
1.2.2. Влияние шероховатости и размера зерна на обменное смещение
1.2.3. Температура блокировки
1.2.4. Материалы и методы исследования обменного смещения
1.3. Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Электрохимическое осаждение Co-Ni-Fe плёнок
2.2. Импульсное лазерное осаждение и отжиг в магнитном поле структур Co/ll.М it
2.3. Определение толщины плёнки
2.3.1. Метод резерфордовского обратного рассеяния (POP)
2.3.2. Толщина плёнки и аккумулированный заряд
2.4. Химический состав осаждаемых Co-Fe-Ni плёнок
2.5. Метод определения структурно-фазового состава
2.6. Методы исследования магнитных свойств тонкоплёночных структур
2.6.1. Ферромагнитный резонанс
2.6.2. Магнитооптический эффект Керра
2.6.3. Вибрационная магнитометрия
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА CO-FE-NI ПЛЁНОК
3.1. Структурно-фазовый состав плёнок
3.2. Размер зёрен
3.3. Нелинейная зависимость соотношения гцк/оцк фракций от состава
3.4. Нелинейная зависимость параметров решёток гцк и оцк фаз от состава
3.5. Магнитные свойства плёнок
3.5.1. Анизотропия и намагниченность насыщения
3.5.2. Корреляция магнитных и структурных свойств
3.6. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ОБМЕННОЕ СМЕЩЕНИЕ В СТРУКТУРАХ ТИПА СоЛгМп С АЛЬТЕРНАТИВНЫМ ЧЕРЕДОВАНИЕМ АНТИФЕРРОМАГНИТНОГО И ФЕРРОМАГНИТНОГО СЛОЁВ
4.1. Угловая зависимость ФМР-резонансного поля в системе АФМ-ФМ с обменным смещением
4.2. Зависимость обменного смещения от температуры отжига
4.3. Зависимость поля магнитной анизотропии от температуры отжига
4.4. Температура блокировки и температура Нееля
4.5. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность проблемы.
Непрерывный рост вычислительных мощностей цифровой полупроводниковой техники, применяемой в различных областях человеческой деятельности, сопровождается ростом потребности сохранения больших объёмов переработанной информации и увеличения скорости процессов чтения/записи. Увеличение плотности записи ведёт к уменьшению размера информационного бита. При этом, надёжное хранение информации в магнитных носителях, например, жёстких магнитных дисках (ЖМД), при больших плотностях записи может достигаться только в магнитожёсткой среде, обладающей высокой коэрцитивностью Нс порядка нескольких кЭ и выше. Соответственно, для осуществления базовой операции запись/перезапись в таких средах необходимо прикладывать хорошо локализованные, легко и экономично управляемые магнитные поля высокой напряжённости, возбуждаемые в зазоре между полюсами записывающей головки и поверхностью носителя. Поэтому наносимые на полюса записывающих головок тонкие магнитные плёнки должны обладать большой намагниченностью насыщения /с и низкой коэрцитивной силой Нс < 10 Э, т.е. быть магнитомягкими [1, 2]. Требование увеличения магнитной индукции, наводимой головкой записи в элементах информационного носителя, усугубляется необходимостью уменьшения размеров головок записи (пропорционально размеру информационного бита).
Столь же жёсткие требования предъявляются к повышению чувствительности головок считывания в сочетании с уменьшением их размеров. Прорывным фактором в технологии головок считывания явилось открытие эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС) в конце 80-х [3, 4]. Эффект ГМС привёл к появлению нового класса высокочувствительных датчиков магнитного поля - спиновых вентилей (спиновых диодов), состоящих из двух ферромагнитных слоев, разделённых слоем немагнитного проводящего или диэлектрического материала. Возникло новое направление развития электроники, получившее название спинтроники, базирующееся на использовании транспорта не только заряда, но и спина, т.е. поляризованного по спину тока электронов (см. например [5, 6]).
Существенную роль в развитии современных устройствах магнитной памяти занимает создание и исследование ферромагнитных плёнок с требуемыми свойствами. Современные считывающие головки, также как и записывающие, содержат магнитомягкие плёнки в качестве чувствительного и фиксированного слоев в многослойной структуре, использующей эффект ГМС. Требования, предъявляемые к

Element Series 3t. %
Element Series at. %
Cobalt К series 46,24
Nickel К series 16,94
Iron К series 36,8
207, Ев =IDkaV Co, Ka
1000

4 400 300 200 100
Element Series at. %
Cobalt К series 56,2
Iron К series 32,1
Nickel К series 11,7
e223. Ее = 10keV
1000
Channels
Д) Channels
Рис. 2.11 Спектры ХЕ1)В: а),в) д) - энергия пучка электронов 10 кэВ, б) - 20кэВ; а), в) -разные точки образца е207, г), д) - разные точки образг;а е223.
Как видно из рисунка, состав большинства плёнок близок к Со50%-Ре25%-М125%, а его вариация приблизительно составляет 10%. Кроме того, разброс концентраций в разных точках образца составляет около 2 ат% (см. например, рис. 2.11 (а) и (в), (г) и (д)). Такая неоднородность может быть обусловлена небольшими локальными отклонениями условий осаждения вследствии неравновесности процесса ЭХО.
При увеличении энергии электронов с ЮкэВ до 20кэВ (рис. 2.11 б) происходит усиление возбуждения глубоколежащих подслоев подложки - Сг и Си, что приводит к относительному ослаблению полезного сигнала. Кроме того, рентгеновское излучение от