Магнитные свойства и структура пленок нанокристаллических сплавов кобальт-медь, формируемых последовательным напылением компонентов

• Автор: Халяпин, Дмитрий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Глава 1. Структурные и магнитные свойства системы Со-Си: от мультислойных пленок к сплаву

1.1. Магнитные свойства тонких пленок

1.1.1. Особенности магнитной анизотропии в ультратонких пленках

1.1.2. Температура Кюри и намагниченность ультратонких пленок

1.1.3. Тонкие кобальтовые пленки: морфология и структура

1.2. Магнитные мультислойные структуры

1.2.1. Косвенное обменное взаимодействие в МСПС

1.2.2. Эффект ГМС в МСПС

1.3. Сплавы Со-Си

1.3.1. Гранулированные сплавы Со-Си

1.4. Гранулированные мультислойные пленки Со/Си

Глава 2. Используемые методы получения и исследования физических свойств мультислойных пленок Со/Си со сверхтонкими слоями Со
2.1. Магнетронное распьшение как метод приготовления образцов
2.2. Методики, используемые для исследования структуры образцов
2.2.1. Метод рентгеновской флуоресценции
2.2.2. Исследование структуры пленок методом рентгеновской дифракции
2.2.3. Исследование структуры методами просвечивающей микроскопии
2.3. Магнитометрические методы
2.3.1. Метод ядерного магнитного резонанса
2.3.2. Исследование магнитных характеристик при помощи вибрационного
магнетометра
2.3.3. Исследование магнитных характеристик при помощи СКВИДмагнетометра
2.4. Гальваномагнитные измерения
Глава 3. Структура мультислойных пленок Со/Си со сверхтонкими слоями Со
3.1. Спектры рентгеновской дифракции
3.2. Результаты ПЭМ-исследований
3.2.1. Планарная геометрия
3.2.2. Поперечный срез пленки
3.3. Выводы к главе

Глава 4. Особенности магнитного состояния мультислойных пленок Со/Си со сверхтонкими слоями Со, полученных методом магнетронного распыления
4.1. Результаты ЛМР исследований
4.2. Результаты магнитометрических исследований
4.3. Температурные зависимости магнитосопротивления
ф 4.4. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Условные обозначения и сокращения, используемые в тексте

Наиболее интересным и динамично развивающимся направлением науки в последнее десятилетие является так называемая нанонаука и тесно связанные с ней направления прикладной деятельности, получившие общее название нанотехнологий. Данные названия точно отражают наиболее характерный признак, связывающий достаточно разнородные области
* исследовательской деятельности, образующие это направление: это масштаб, в котором производится формирование материалов с новыми, недостижимыми ранее свойствами и в котором в недавнее время появилась возможность эти свойства и материалы изучать. В 1999 г. Национальный Совет по Науке и Технологии США (ЫБТС), целью работы которого является координация деятельности американского правительства по поддержке фундаментальной
Ф науки, а также выявление наиболее перспективных направлений работы исследователей для
привлечения инвестиций в эти направления, опубликовал 336-страничный отчет "Наноструктурная наука и технология" [1], в котором обращается внимание на состояние этого направления в мировой науке, а также делаются важные прогнозы на перспективу дальнейшего развития. За время, прошедшее с тех пор, нанотехнологии стали неотъемлемой частью современной экономики, стимулировав мощное развитие таких областей практической деятельности, как микроэлектроника, промышленность (улучшение технологических процессов во многих ее областях), медицина, биология. Несмотря на очевидный прогресс, сделанный за приблизительно 10 лет своего существования, нанонаука продолжает стремительно развиваться. Хотя значительные успехи достигнуты в областях, связанных с химией и биологией, наиболее подверженной влиянию подобного развития нанотехнологий является, безусловно,
* физика. Развитие физического оборудования позволило изучать материалы на нанометровой шкале и контролировать их свойства, а знание физических принципов оказалось необходимым для объяснения этих свойств и предсказания новых. В настоящее время нанонаука развивается как междисциплинарная отрасль знаний, включая в себя медицину, биологию, химию и физику.
^ Физика тонких пленок оказалась неразрывно связанной с развитием нанонауки. Ввиду
того, что пленочные технологии предоставляют обширные возможности по получению как сверхтонких, нанометровой толщины, пленок, так и комбинированных пленочных гетероструктур с размерами структурных блоков или неоднородностей нанометрового масштаба, интерес к получению наноструктурированных объектов стимулировал небывалое развитие физики тонких пленок как в технологическом и экспериментальном плане, так и в плане фун-
* даментального понимания явлений, наблюдаемых в пленочных наноструктурах.
определить поверхностную плотность атомов данного элемента в пленке. Если известен хотя бы приблизительный элементный состав образца, методика позволяет определить их содержание количественно (подробнее см. [156]). В данной работе описываемый метод применялся для "калибровки" распылительной установки, т.е. для установления связи параметров распыления с толщинами получаемых образцов и определения таким образом скоростей распыления, а также для контроля конечного состава приготовленных образцов. Методика имеет ошибку определения толщины не более 4% как для Со, так и для Си, что дает для исследованных пленок погрешность определения состава не более 8%.
2.2.2. Исследование структуры пленок методом рентгеновской дифракции
В настоящее время методы рентгеноструктурного анализа, основанные на дифракции отраженных рентгеновских лучей, являются одними из наиболее часто используемых (наряду с электронографией) при исследовании структуры твердых тел. Наиболее успешно рентгеноструктурный анализ применяется для установления атомной структуры кристаллических тел, т.к. кристаллы обладают строгой периодичностью строения и представляют собой естественную дифракционную решетку для рентгеновского излучения. Направления максимумов отраженного излучения определяются формулой (закон Брэгга-Вульфа)
2с/5'т0 = пА, (2.1)
где (] - межплоскостное расстояние семейства атомных плоскостей, на которых происходит дифракция; в - угол между атомной плоскостью и падающим (отраженным) лучом; п - порядок максимума; к - длина волны излучения [47]. Однако не всегда максимумы отраженного излучения, соответствующие формуле (2.1), реализуются; в ряде случаев, определяемых расположением атомов в элементарной ячейке (структурный фактор базиса) волны, отраженные от соседних атомных слоев имеют противоположную фазу и "гасят" друг друга, тогда отражение от системы плоскостей (Ш), удовлетворяющее уравнению (2.1), но на самом деле не реализующееся, называется "запрещенным". Например, в случае простой ГЦК решетки запрещенными являются отражения от плоскостей, для которых часть индексов - четные числа, а часть - нечетные.
Подавляющее большинство используемых сейчас автоматизированных установок для рентгеноструктурного анализа - дифрактометров - действуют по следующему принципу: монохроматическое излучение падает на неподвижный или поворачивающийся образец, при этом интенсивность отраженного излучения измеряется электронным счетчиком, движущимся вокруг образца. Таким образом измеряется зависимость интенсивности отраженного