• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Структурные и магниторезистивные характеристики многослойных пленок

Структурные и магниторезистивные характеристики многослойных пленок
Для определения влияния буферного слоя на структуру и магниторезистивные свойства формировались многослойные пленки с одинаковым набором основных слоев кобальт/медь, но с разной толщиной буферного слоя железа. Тонкопленочные слои напылялись при относительно низкой скорости осаждения - в интервале от 0,1 до 0,25 нм/с. В напылительной камере создавался предварительный вакуум около 10-6 Па, а напыление осуществлялось в атмосфере аргона при давлении 0,3 Па. Скорость осаждения и толщина напыленных слоев контролировались микроанализатором. Кристаллографическая структура напыления многослойных пленок определялась рентгеновским методом. Пленки напылялись на химически очищенные стекла. Они включали один буферный железный слой, осажденный непосредственно на стеклянную подложку, и тридцать слоев кобальта толщиной 1 нм, разделенных медными прослойками толщиной 0,85 нм. Толщина буферного слоя изменялась в пределах 0-10 нм. Выбранные фиксированные толщины кобальтовых и медных слоев соответствуют первому максимуму осциллирующей толщинной зависимости магнетосопротивления.

При измерении интенсивности рентгеновского излучения при малом и большом углах дифракции проводилась оценка модуляции состава многослойных пленок и их кристаллической структуры. Например, при небольшом угле дифракции, составляющем около 4,3°, наблюдался первый достаточно большой, но узкий максимум интенсивности. Максимумы при малых углах дифракции обусловливаются слоистостью и волновой модуляцией состава многослойных пленок. Острый дифракционный максимум и четкие интерференционные полосы при небольшом угле дифракции свидетельствуют о наличии плоских промежуточных и внешних поверхностей в многослойном материале. Наблюдаемый при большом угле дифракции, равном 44°, сравнительно небольшой максимум соответствует кристаллографическому направлению (111) гранецентрированной кубической структуры.

Измерения показали, что приведенная интенсивность рентгеновского излучения I при небольшом угле дифракции сильно зависит от толщины буферного железного слоя х (рис. 7.5, а, кривая 1). При τ = 6 нм интенсивность I достигает максимального значения. Такую зависимость, по-видимому, можно связать с размерами неровностей расположенных между основными слоями граничных прослоек, влияющих на эпитаксиальные процессы зарождения и роста кристаллитов. И такая связь особенно существенна при небольшой толщине буферного слоя.

Менее выраженная толщинная зависимость интенсивности In = f(τ) характерна для большого угла дифракции (рис. 7.5, а, кривая 2). В этом случае наибольшее значение I соответствует толщине буферного слоя 2-4 нм. Максимум интенсивности при большом угле дифракции и разбросанные фракции кобальта и меди свидетельствуют о когерентной, но поликристаллической по характеру, текстуре рассматриваемых многослойных пленок. Размеры кристаллических зерен уменьшаются по мере увеличения толщины буферного слоя или скорости его осаждения.



Рис. 7.5. Структурные и магниторезистивные характеристики многослойных пленок

Магнетосопротивление исследуемых многослойных пленок определялось при комнатной температуре при разных ориентациях магнитного поля и вектора плотности задающего тока. При параллельной и перпендикулярной взаимной ориентации магнитного поля и задающего тока относительная разность магнетосопротивления составляла не более 1%.

Характерная зависимость электрического сопротивления от напряженности внешнего магнитного поля при изменении ее величины и направления показана на рис.7.5, б, где правый максимум соответствует прямому, а левый - взаимно противоположному направлениям магнитного поля. Эта кривая получена для многослойного образца, напыленного на стеклянной подложке и состоящего из буферного слоя железа толщиной 7,5 нм и тридцати пар основных слоев кобальта и меди, толщина которых соответственно равна
0 и 0,85 мкм. В максимальном магнитном поле, даже при сравнительно большом отношении ∆R/R = 38,3%, электрическое сопротивление не минимально.

Экспериментальные зависимости относительного электрического сопротивления от толщины т0 медных слоев имеют максимумы, что видно из рис. 7.5, в, где кривая 7 соответствует напряженности внешнего магнитного поля 640 кА/м, а кривая 2 - 3200 кА/м. На рисунке представлены первые максимумы осциллирующей зависимости ∆R/R =/(т0). Для рассматриваемого интервала толщины медных слоев максимум ∆R/R достигается только в достаточно сильном магнитном поле - напряженностью не менее 640 кА/м.

Относительное электрическое сопротивление, измеренное в магнитном поле напряженностью 320 кА/м для многослойных пленок кобальт/медь, в зависимости от толщины буферного железного слоя, представлено на рис. 7.5, а (кривая 3). Для сравнения отметим, что величина ∆R/R многослойного образца без буферного слоя составляет всего лишь около 2%. Как видно из рис 7.5, а, кривая зависимости ∆R/R = f(т) сравнительно неплохо коррелирует с кривой зависимости интенсивности от толщины буферного слоя при небольшом угле дифракции (кривая 7). А это означает, что процессы зарождения и роста тонкопленочных слоев многослойной пленки существенно влияют на магнетосопротивление. С увеличением толщины буферного слоя от 7 нм уменьшается и интенсивность рентгеновского излучения при небольшом угле дифракции, и отношение ∆R/R. Предполагается, что эти изменения обусловлены шунтированием тока проводимости через буферный слой либо активным проявлением поверхностной текстуры, определяющей анизотропию при формировании многослойной структуры.

Экспериментальные результаты, полученные при термообработке исследуемых многослойных образцов, еще раз подтверждают тесную связь структурных и магниторезистивных свойств, что видно из рис. 7.5, г, где приведены зависимости ∆R/R (кривая 7) и интенсивности In при небольшом угле дифракции (кривая 2) от температуры отжига Г. Важно подчеркнуть, что эти кривые зависимости по форме совпадают. Для термической обработки выбирались многослойные образцы с небольшими по размерам кристаллическими зернами, которые наблюдались преимущественно при толщине буферного слоя около 7,5 нм. Для этих же образцов величина ∆R/R максимальна. Термообработка исследуемых образцов производилась при их нагревании в течение одного часа в вакууме 10-3 Па до температуры 500 °С. Скорость нагревания составляла 20 °С/мин. Измерение электрического сопротивления осуществлялось в магнитном поле 320 кА/м после охлаждения образцов до комнатной температуры.

Термообработка при температуре ниже 200 °С не приводит к существенному изменению ни интенсивности дифракционного рассеяния при малых и больших углах, ни электрического сопротивления рассматриваемых многослойных образцов. С возрастанием температуры отжига от 200 °С наблюдается небольшой рост интенсивности при большом угле дифракции (рис. 7.5, г, кривая 3).

Интернет

Интернет

09.12.11

Развитие Интернета начинается с 1961 г., когда в США была создана экспериментальная сеть для оперативной передачи информации...

читать далее

Современные средства нанотехнологий

Принцип работы различных электронно-вычислительных машин, в том числе и персональных компьютеров, производимых на протяжении...

читать далее

Квантовые компьютеры

В модернизации элементной базы компьютеров, основанной на традиционном электронном принципе, есть фундаментальное...

читать далее