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


Результаты измерений для многослойных пленок FeCo/FeCoN

Результаты измерений для многослойных пленок FeCo/FeCoN с различным содержанием кобальта представлены на рис. 5.2. С увеличением концентрации кобальта (рис. 5.2, а, б) возрастает магнитная индукция насыщения Bs и коэрцитивная сила Hc. Для всех многослойных пленок с невыдержанными в плазменной атмосфере азота железокобальтовыми слоями значения магнитной индукции и коэрцитивной силы (рис. 5.2, а, б, кривая 1) заметно больше аналогичных значений Вs и Hc. для многослойных пленок с выдержанными слоями FeCo в атмосфере плазменного азота в течение 10 с (рис. 5.2, а, б, кривая 2). Толщина слоев обоих видов рассматриваемых многослойных пленок примерно одинакова и равна 20 нм. Многослойные пленки без выдержки в плазме азота представляют собой набор слоев FeCo, последовательно осажденными в течение 20 с. Максимальное значение магнитной индукции насыщения для них равно 2,33 Тл, оно соответствует содержанию кобальта около 30% (ат.). Представленная зависимость магнитной индукции насыщения от процентного содержания кобальта внешне похожа на аналогичную зависимость массивного материала - сплава FeCo.

Процесс обработки железокобальтовых слоев в плазме азота, приводящий к диффузии атомов азота, влечет за собой уменьшение магнитной индукции насыщения. Максимальное значение Вs равно примерно 2 Тл при содержании кобальта 50% (ат.) (рис. 5.2, а, кривая 2).
Плазменная обработка слоев существенно влияет на коэрцитивную силу пленок FeCo/FeCoN: при концентрации кобальта менее 1%(ат.) коэрцитивная сила не превышает 100 А/м (рис. 5.2, б, кривая 2). При такой же концентрации кобальта Hс многослойных пленок с необработанными слоями составляет более 1000 А/м (см. рис. 5.2, б, кривая 1).



Рис. 5.2. Влияние содержания кобальта на магнитные и структурные свойства многослойных пленок

Для экспериментального исследования влияния плазменной обработки слоев на магнитные свойства многослойных пленок FeCo/FeCoN выбирались образцы с небольшим содержанием кобальта - 0-4,2 % (ат.). На рис. 5.2, в, г представлены зависимости магнитной индукции насыщения Bs и коэрцитивной силы Нс от времени выдержки t, определяющего продолжительность плазменной обработки слоев многослойной пленки FeCo/FeCoN. Кривые 1, 2, 3 и 4 данного рисунка соответствуют содержанию кобальта: 0; 1,4; 2,8; 4,2% (ат.).
Магнитная индукция насыщения Bs с возрастанием времени выдержки до 10 с монотонно падает для всех рассматриваемых многослойных пленок, т.е. пленок с различным содержанием кобальта.

Плазменная обработка слоев многослойной пленки FeCo/FeCoN до 8 с значительно уменьшает коэрцитивную силу. Для 8с в зависимости от содержания кобальта Hс равна от 90 до 180 А/м (см. рис. 5.2, г). Обработанные в течение 20 с многослойные пленки, не содержащие кобальта, т.е. пленки Fe/FeN, имеют самую низкую коэрцитивную силу - около 60 А/м. Плазменная обработка этих же пленок в течение 50 с и более увеличивает их коэрцитивную силу. По мере добавления кобальта интервал времени выдержки, в котором коэрцитивная сила относительно небольшая, постепенно сужается.

На основе рассмотренных экспериментальных результатов можно заключить, что содержание кобальта, равное 2,8% (ат.), для многослойных пленок FeCo/FeCoN при оптимальном времени плазменной обработки (5-7с) соответствует относительно высокой магнитной индукции насыщения Вs= 2,0 Тл и сравнительно низкой коэрцитивной силе, равной 120 А/м. Магнитная проницаемость этих пленок сравнительно высокая - более 2200, - и почти не изменяется при увеличении частоты вплоть до 20 МГц.

Рентгеноструктурный анализ показал, что пленки FeCo без плазменной обработки содержат а-( 110) и а-(200)-ориентированные фазы. Из рис. 5.2, д (кривая 1) видно, что зависимость отношения интенсивностей, соответствующих а-(200) и а-(100)-ориентированным фазам, от концентрации кобальта имеет максимум при содержании кобальта, примерно равном 5% (ат.). А это означает, что при таком содержании кобальта преобладает а-(200)-ориентированная фаза. С увеличением содержания кобальта размер d а-(110)-ориентированных кристаллитов почти не изменяется (см. рис. 5.2, д, кривая 2).

Для сравнения на рис. 5.2, д даны зависимости коэрцитивной силы Hc от концентрации кобальта для пленок FeCo/FeCoN (кривая 3) и FeCo (кривая 4). При уменьшении содержания кобальта от 30 до 0%(ат.) R для пленок FeCo/FeCoN убывает гораздо быстрее, чем для пленок FeCo. С возрастанием концентрации кобальта многослойных пленок FeCo/FeCoN магнитострикция насыщения монотонно возрастает (см. рис. 5.2, д, кривая 5).

Продолжительность плазменной обработки заметно влияет на распределение а-(200)- и а-(100)-ориентированных фаз. При обработке в течение 0-2 с формируется преимущественно одна а-(200)-ориентированная фаза. Наблюдение производилось для многослойных пленок FeCo/FeCoN с содержанием кобальта 2,8% (ат.). Для этих же пленок, обработанных в плазменной атмосфере азота в течение более 5 с, кроме относительно небольших максимумов, соответствующих а-(200)-ориентированной фазе, выявлены и сравнительно большие, но узкие максимумы а-(110)-ориентированной фазы. В многослойных пленках FeCo/FeCoN содержится и нитридная фаза. В плоскости поперечного сечения пленок хорошо просматривается их слоистая структура с вполне определенной периодичностью.

Кристаллическая структура многослойных пленок FeCo/FeCoN зависит от времени t плазменной обработки при изменении его в пределах 0-5 с, что видно из рис. 5.2, е, ж, где представлены соответствующие зависимости размера d кристаллически ориентированных зерен и параметра dg их решетки от времени t плазменной обработки - времени выдержки слоев в азотной плазме. С увеличением t от 0 до 5 с монотонно уменьшается размер кристаллических зерен и постепенно возрастает параметр решетки.

Размер кристаллических зерен многослойных пленок FeCo/FeCoN с содержанием Со, равным 2,8% (ат.), после плазменной обработки составляет около 6 нм. Для пленок, не подвергнутых плазменной обработке, средний размер кристаллических зерен значительно больше и составляет примерно 17 нм. Плазменная обработка в течение более 2 с приводит к увеличению параметра решетки примерно на 0,2%. В необработанных пленках наблюдаются относительно крупные зерна. В то же время на пленках, подвергнутых плазменной обработке, видна мелкодисперсная кристаллическая структура.

Технологии и фундаментальные знания

Технология - совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или полуфабрикатов...

читать далее

Начало развития твердотельной электроники

Толчком для развития твердотельной электроники послужили долгое время необъяснимые физические загадки, называемые...

читать далее

В последнее время широко используется силицидная технология, включающая операцию осаждения тонкого слоя титана...

читать далее