Магнитные и магниторезистивные свойства поликристаллических Co/Cu/Co пленок, полученных магнетронным распылением
Диссертация
Для фундаментальной науки подобные структуры представляют интерес как совершенно новые типы искусственных материалов с необычными физическими свойствами. Большое значение имеет и то, что современные технологии позволяют получать тонкопленочные структуры с заданными физическими свойствами, путем конструирования этих материалов на атомном уровне. Интерес к слоистым структурам стимулирует развитие… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. 1. Гигантский магниторезистивный эффект многослойных пленок
- 1. 2. Буферные слои в многослойных пленках
- 1. 3. Изотермический отжиг в слоистых структурах
- ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- 2. 1. Магнетронный метод получения пленок
- 2. 2. Методика измерения магнетосопротивления
- 2. 3. Определение толщины слоев мультислойных пленок
- 2. 4. Измерение магнитных параметров пленок
- 2. 5. Методы исследования структуры и фазового состава пленок с помощью электронного микроскопа
- 2. 5. 1. Метод электронной микродифракции
- 2. 5. 2. Лоренцева электронная микроскопия
- 3. 1. Зависимость гигантского магнетосопротивления от толщины немагнитной прослойки
- 3. 2. Изотермический отжиг Со/Си/Со пленок
- 3. 2. 1. Зависимость гигантского магниторезистивного эффекта от температуры отжига
- 3. 2. 2. Влияние отжига на магниторезистивные петли и поле насыщения
- 3. 3. Влияние остаточных газов на ГМР эффект
- 3. 4. Влияние технологических условий на свойства Со/Си/Со пленок
- 3. 4. 1. Магнитные и магниторезистивные петли гистерезиса осажденных пленок
- 3. 4. 2. Магнитные и магниторезистивные петли гистерезиса отожженных пленок
- 3. 5. Влияние толщины буферного слоя на величину магнетосопротивления
- 3. 6. Магниторезистивный эффект многослойных пленок [Со/Си]п
- 3. 7. Выводы
- 4. 1. Зависимость формы петель магниторезистивного гистерезиса от ориентации внешнего магнитного поля и плоскости пленки
- 4. 2. Определение магнитных параметров Со/Си/Со пленок
- 4. 2. 1. Определение критических полей
- 4. 2. 2. Определение поля насыщения и намагниченности насыщения
- 4. 2. 3. Определение угла выхода вектора намагниченности из плоскости пленки
- 4. 3. Выводы
Список литературы
- Egelhoff W. F., Chen Jr. P. J., Powell C. J. et. al. The trade-off between large magnetoresistance and small coercivity in symmeric spin valves. J. Appl. Phys., 1996, 79(11), p. 8603 — 8606.
- Farrow R. F. C., Lee С. H., Parkin S. S. P. Magnetic multilayer structures. -IBM J. Res. Develop., 1990, 34(6), p. 903 915.
- Houdy Ph., Boher P., Giron F., Pierre F. Magnetic and structural properties of rf-sputtered Co/Fe and Co/Cr multilayers. J. Appl. Phys., 1991, 69(8), p. 5667 — 5669.
- Устинов В. В., Ромашев Jl. Н., Минин В. И., Семериков А. В., Дель А. Р. Зависимость магнетосопротивления сверхрешеток Fe/Cr от ориентации внешнего магнитного поля. ФММ, 1995, т.8, № 5, с. 71 — 80.
- Baibich М. N., Broto J. М., Fert A. et. al. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices. Phys. Rev. Letters, 1988, 6(21), p. 2472 — 2475.
- Parkin S. S. P., Li Z. G., David J. Smith. Giant magnetoresistance in antiferromagnetic Co/Cu multilayers. Appl. Phys. Lett., 1991, 58(23), p. 2710−2712.
- Hall M. J., Whitton E. D., Jardine D. В., Somekh R. E., Evetts J. E., Leake J. A. The effect of annealing on the giant magnetoresistance and magnetisation of sputter-deposited Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1996,156, p. 119−120.
- Kubinski D. J., Holloway H. Co/Cu multilayers with reduced magnetoresistive hysteresis. J. Mag. and Mag. Mater., 1997, 165, p. 104 107.
- Emmerson C. M., Shen T. H. A study of Co/Cu multilayers grown on Si (lll) with silicide buffer layers. J. Mag. and Mag. Mater., 1996, 156, p. 15 — 16.
- Willekens M. M. H., Rijks Th. G. S. M., Swagten H.J.M., de Jonge W. J. M. Interface intermixing and magnetoresistance in Co/Cu spin valves with uncoupled Co layers. J. Appl. Phys., 1995, 78(12), p. 7202 — 7209.
- Parkin S. S. P., More N., Roche K. P. Oscillations in exchange coupling and magnetoresistance in metallic superlattice structures: Co/Ru, Co/Cr, and Fe/Cr. Phys. Rev. Lett, 1990, 64, p. 2304 — 2307.
- Parker M. A., Hylton T. L., Cofley K. R., Howard J. K. Microstructural origin of giant magnetoresistance in a new sensor structure based on NiFe/Ag discontinuous multilayer thin films. J. Appl. Phys., 1994, 75(10), p. 6382 -6384.
- Hossain S., Seale D., Qiu G., Jarratt J., Barnard J. A., FujiwaraH., Parker M. R. Hysteresis reduction in NiFeCo/Cu multilayers exhibiting large low-field giant magnetoresistance. J. Appl. Phys., 1994, 75(10), p. 7067 — 7069.
- Jimbo M., Matsua M. Giant magnetoresistance in amorphous CoFeP sandviches.- In Proceed of ICMFS'94 and MRM'94, 1994, Dusseldorf, p. 7 10.
- Dubois S., Beuken J.M., Piravx L., Duvail J.X., Fert A., George J. M., Maurice J. L. Perpendicular giant magnetoresistance of NiFe/Cu and Co/Cu multilayered nanowires. J. Mag. and Mag. Mater., 1997,165, p. 30 -33.
- Gambino R. J., McGuire T. R., Harper J. M. E., and Cyril Cabral. Giant magnetoresistance of dilute Cu (Co) granular films. J. Appl. Phys., 1994, 75(10), p. 6909−6911.
- Veda Y., Hataya N., Zaman H. Magnetoresistance effect of Co/Cu multilayer film produced by electrodeposition method. J. Mag. and Mag. Mater., 1996,156, p. 350 — 352.
- Lenczowski S. К. J., Schonenberger C., Gijs M. A. M., de Jonge W. J. M. Giant magnetoresistance of electrodeposited Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1995,148, p. 455 — 465.
- Schmeusser S., Rupp G., Hubert A. Optimization of giant magnetoresistance in ion beam sputtered Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1997, 166, p. 267 — 276.
- Zhang H., Cochrane R. W., Huai Y., Ming Mao, Bian X., Muir W. B. Effect of annealing on the giant magnetoresistance of sputtered Co/Cu multilayers. -J. Appl. Phys., 1994, 75(10), p. 6534 6536.
- Касютич О. И., Федоскж В. М. Гигантское магнетосопротивление в мультислойных электроосажденных Со/Си пленках. ФММ, 1996, т. 82, в. 5, с. 90−97.
- Kubinski D. J., Holloway Н. Giant magnetoresistance in Со/Си multilayers: Influence of Co thickness at the first antiferromagnetic maximum. J. Appl. Phys., 1996,79(9), p. 7395 — 7397.
- Kubinski D. J., Holloway H. Giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers with very thin Co layers: Reduced hysteresis at the second antiferromagnetic maximum. J. Appl. Phys., 1996, 79(3), p. 1661 — 1663.
- Holloway H., Kubinski D. J. Giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers with Co layers of alternating thickness: Reduction of magnetoresistance hysteresis. J. Appl. Phys., 1996, 79(9), p. 7090 — 7094.
- Takahashi Y., Inomata K. Correlation between giant magnetoresistance and the antiferromagnetic volume fraction in superlattics. J. Appl. Phys., 1996, 79(11), p. 8598−8602.
- Pollard R. J., Wilson M. J., Grundy P. J. Giant magnetoresistance in highly oriented sputter deposited (11 l) Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1995,146,pi -4.
- Parkin S. S. P., More N., and Roche K. P. Oscillation in Exchange Coupling and Magnetoresistance in Metalic Superlattice Structures: Co/Ru, Co/Cr and Fe/Cr. The American Physical Society, 1990, 64(19), p. 2304 — 2307.
- Qiu Z.Q., Pearson J., and Bader S. P. Oscillatory interlayer magnetic coupling of wedged Co/Cu/Co sandwiches grown on Cu (100) by molecular beam epitaxy. Phys. Rev. B., 1992, 46, p. 8659 — 8662.
- Bruno P. Oscillations of interlayer exchange coupling ferromagnetic-layers. Europhys. Lett., 1993, 23, p. 615−620.
- Coehoorn R., Period of oscillatory exchange interactions in Co/Cu and Fe/Cu multilayer systems. Phys. Rev. B, 1991, 44, p. 9331 — 9337.
- Johnson M. T., Purcell S. T., McGee N. W. E., Coehoorn R., J., de Stegge, Hoving W. Structural Dependence of the Oscillatory Exchange Interaction Across Cu Layers. Phys. Rev. Lett, 1992, 68, p. 2688 — 2691.
- Modak A.R., David J., Smith S. S., Parkin P. Dependence of giant magnetoresistance on grain size in Co/Cu multilayers. Phys. Rev. B. 1994, 50, p. 4232−4235.
- Bruno P. and Chappert C. Ruderman-Kittel theory of oscillatory interlayer exchange coupling. Phys. Rev. B., 1992, 46, p. 261 — 270.
- Fullerton E. E., Kelly D. M., Gimpel J. and Schuller I. K. Roughness and giant magnetoresistance in Fe/Cr superlattices. Phys. Rev. Lett., 1992, 68, p. 859 — 862.
- Wang Y., Levy P. M., and Fry J.L. Interlayer magnetic coupling in Fe/Cr multilayered structures. Phys. Rev. Lett., 1990, 65, p. 2732 — 2735.
- Bruno P., Chappert C. Oscillatory coupling between ferromagnetic layers separated by a nonmagnetic metal spacer. Phys. Rev. Lett., 1991, 67(12), p. 1602- 1605.
- Randolph Q. Hood, Falicov L. M., and Penn D. R. Effects of interfacial roughness on the magnetoresistance of magnetic metallic multilayers. Phys. Rev. В., 1994, 49, p. 368−377.
- Barnas J., Palasantzas G. Interface roughness effects in the giant magnetoresistance in magnetic multilayers. J. Appl. Phys., 1997, 82(8), p. 3950−3956.
- С. Т. Рощенко И. Г. Шипкова. Особенности ГМС мультислойных поликристаллических пленок Со/Си. ФММ, 1998, т. 85, в. 1, с. 93 — 104.
- Slonczewski J. С. Fluctuation mechanism for biquadratic exchange coupling in magnetic multilayers. Phys. Rev. Lett., 1991, 67(22), p.3172−3175.
- Krebs J. J., Lubitz P., Chaiken A., Prinz G. A. Magnetic resonance determination of the antiferromagnetic coupling of Fe layers through Cr. -Phys. Rev. Let, 1989, 63(15), p. 1645 1648.
- Jimbo M., Kanda Т., S. Goto, S. Tsunashima, and S. Uchiyama. Gaiant magnetoresistancein FeNiCo/Cu multilayers. Jpn. J. Appl. Phys. 1992, 31, p. 1348- 1350.
- Tie Li, Hong-Lie Shen, Qin-Wo Shen, Shi-Chang Zou, Koichi Tsukamoto, Mamoru Okutomi. The influence of Ni buffer layer on the giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 2001, 224, p. 55 — 60.
- Emmerson C.M., Shen Т.Н. A study of Со/Си multilayers growth on Si (l 11) with silicide buffer layers. J. Mag. and Mag. Mater., 1996, 156, p. 15−16.
- Steams D.J. X-ray scattering from interfacial roughness in multilayer structures. J. Appl. Phys., 1992, 71(9), p.4286 — 4298.
- Zhu Pei Syi, Peter M. Levy and John L. Fry. Interlayer magnetic coupling in metallic multilayer structures — Physical review, 1993, 49(21), p.15 159- 15 178.
- C. Chappert and J.P. Renard. Long-perid oscillating interactions between ferromagnetic layers separated by a nonmagnetic metal: a simple physical picture. Europhysics Letters, 1991,15(5), p. 553 — 558.
- U. Gradmann, H. J. Elmers. Ferromagnetic order despite antiferromagnetic coupling through finite size spacer layers. J. Mag. and Magn. Mater., 1994, 137, p. 44−50.
- Saito Y., Kaito C., Naiki T. Structure of thin amorphous Mo films prepared, by vacuum-deposition. J. Cryst. Growth., 1986, v. 79, № 1 — 3, p. 436 — 442.
- Hashimoto Т., Okamoto K., Fujiwara H., Itoh K., Kamiya M., Нага К. Texture and columnar grain structure in obliquely deposited Co-Ni films. -Thin Solid Films, 1991, v. 205, № 2, p. 146 152.
- Tasaki A., Tagawa K., Kita E. Magnetic anisotropy of a cobalt thin film prepared by oblique incidence. Jap. J. of Appl. Phys., 1987, v. 26, № 12, p. 2037 — 2040.
- M. El Harfaoui, H. Le Gall, J. Ben Youssef, S. Pogossian, A. Thiaville, P. Gogol, A. Qachaou, J. M. Desvignes. GMR versus interfacial roughnessinduced from different bufferes in (Co/Cu) ML J. Mag. and Mag. Mater., 1999,198−199, p. 107−109.
- Nakahara S., McCoy R.J. Microstructural determination of fast diffusing species in thin film diffusions coupes. Thin Solid Films, 1982, 88, p. 285 -290.
- C. Christides, S. Stcivroyiannis, N. Boukos, A. Travlos, and D. Niarchos. Microstructural modification in Co/Cu giant-magnetoresistance multilayers -J. Appl. Phys, 1998, 83(7), p. 3724 3730.
- Kok K.Y., Hall M.J., Leake J.A. Microstructural characterisation of Co/Cu multilayers using X-ray diffraction. J. Mag. and Mag. Mater., 1996, 156, p. 51 -52.
- Болтушкин A.B., Федосюк B.M., Касютич О. И. Влияние отжига на магнитные свойства мультислойных Со/Си и Co/Pd плёнок. ФММ, 1993, т.75, в. 6, с. 58−61.
- Oepen Н.Р., Knappman S., Wulfhekel W. Ferro- and para-magnetic properties of ultrathin epitaxial Co/Cu film. J. Mag. and Mag. Mater., 1995, 148, p. 90 — 92.
- Laidler H., Pape I, Gregory C.I., Hickey B.J., Tanner B.K. X-ray and magnetoresistance measurements of annealed Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1996,154, p. 165 — 174.
- Королев Б.И. Основы вакуумной техники М.: Госэнергоиздат., 1958, 407 с.
- Данилин Б.С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. -М.: Радио и связь., 1982, 73 с.
- Данилин Б.С. Вакуумное нанесение тонких пленок. М.: Энергия., 1967,311 с.
- Ильин Э.В., Писаренко И. В. Структура и магнитные свойства многослойных Co-Ti/Mo пленок. Тезисы докладов III Всероссийской научной конференции студентов- физиков, Екатеринбург. 1995, с. 77 — 78.
- Шкляровский И.Н. Оптика и спектроскопия, 1958, 5, в. 5, 617 с.
- Баранов А.Г., Гладков Ю. А., Судаков Н. И., Аюрзанайн Б. А. К вопросу измерения толщины тонких магнитных пленок фотометрическим методом Аппаратура и методы исследования тонких магнитных пленок. Красноярск. 1968, с. 59 -63.
- Физика тонких пленок / Под. ред. Фраккомба М. Х., Гофмана Р. У. М.: Изд-во Мир, 1973, т. VI, 392 с.
- Томас Г., Гориндж М. Д. Просвечивающая электронная микроскопия материалов. / Под. ред. Вайнштейна Б. К. М.: Наука., 1983, 317 с.
- Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. / Под. ред. Утевского JI.M. М.: Мир., 1968, 573 с.
- Миркин Л. И. // Справочник по рентгено-структурному анализу поликристаллов. М.: Ф.-М.Л, 1961, 700 с.
- Воробьев Ю.Д. Влияние поверхностных и объемных неоднородностей на коэрцитивную силу тонких магнитных пленок // Дис. канд. физ.-мат. н.: 539.216:537.622. Владивосток. 1985, 165 с.
- Буравихин В.А., Попов В. И. Зависимость ширины междоменных границ ферромагнитных пленок от величины угла поворота вектора намагниченности в гранулах. Физика магнитных пленок. Иркутск, 1967, с. 677 -681.
- Плотников B.C. Релаксация структуры и начальная стадия кристаллизации пленок аморфных ферро- и ферримагнитных сплавов
- ПМ-М и ПМ-РЗ // Дис. канд. физ.-мат. н.: 532.782:539.23/539.27. Владивосток, 1986, 230 с.
- Wigen P., Zhou Li, Stamps R., et al. Compositional control of interlayer magnetic coupling in Co/Ru/Co (Ag) and Co/Cu/Co (Ag) trilayers films. J. Mag. and Mag. Mater., 1997,165, p. 465 — 467.
- Чеботкевич Л.А., Воробьев Ю. Д., Буркова И. Н. Магнитные свойства и межфазные границы трехслойных Со/Си/Со пленок. Сб. трудов XVI Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники». Москва, 1998, ч. 2, с. 426 — 427.
- Буркова И.Н., Корнилов А. В. Влияние подложки и буферного слоя на магниторезистивный эффект. Сб. докладов региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике. Владивосток, 1999, с. 50 — 51.
- Bertero G.A., Sinclair R. Structure-property correlations in Pt/Co multilayers for magneto-optic recording. J. Mag. and Mag. Mater., 1994, 134, p. 173 — 184.
- Чеботкевич Jl.A., Воробьев Ю. Д., Буркова И. Н., Корнилов А. В. Структура и магнитные свойства отожженных пленок Со/Си/Со. ФММ, 2000, 89(3), с. 56−61.
- Звездин А.К., Уточкин С. Н. О процессах намагничивания и механизме кинетичеких аномалий в магнитных наноструктурах. Письма в ЖЭТФ, 1993, 57(7), с. 418−423.
- С. Н. Marrows, В. J. Hickey, М. Herrman, S. Мс. Vitie, J. N. Chpman. Effect of gas damage on coupling and anisotropy in sputtered Co/Cu multilayers. J. Mag. and Mag. Mater., 1999,198 — 199, p. 408 — 411.
- Федосюк B.M., Макутин Г. В., Козин H.H., Касютич О. И. Структура и магнитные свойства мультислойных Со/Си пленок. ФММ, 1993, 75(5), с. 76−78.
- Chebotkevich L.A., Vorobyev Yu.D., Kornilov A.V. Influence of Thermal Treatment Temperature and Buffer Layer Thickness on Magnetoresistance. -Phys. Low Dim. Struct., 2000,11/12, p. 45 — 49.
- Технология тонких плёнок. / Под ред. Л. Майссела и Р. Глэнга. М.: Советское радио, 1977, т. 2., 768 с.
- Chebotkevich L.A., Vorobyev Yu. D., Burkova I. N., Kornilov A.V. Structure and Magnetic Properties of Annealed Co/Cu/Co films. The Physics of metals and metallography. 2000, 89(3), p. 263 — 268.
- Maesaka A., Sugawara N., Okabe A., Itabashi М. Influence of microstructure on thermal stability о spin-velve multilayes. J. Appl. Phys., 83(3), p. 7628 — 7634.
- D.O. Smith, E.E. Huber, M.S. Cohen and G.P. Weiss. J. Appl. Phys., 1960, 31(5), p. 523 — 525. (Перевод в сб. Тонкие магнитные плёнки, ГИТЛ УССР, Киев, 1963, с. 177 — 183.
- Воробьев Ю.Д., Буркова И. Н., Чеботкевич JI.A. Коэрцитивная сила и магнетосопротивление пленок Со/Си/Со ФММ, 2000, т. 89, № 4, с. 26−31.
- Zhang S., Dimitrov D.V., Hadjipanayis G.C., Cai J.W., Chien C.L. Coercivity induced by random field at ferromagnetic and antiferromagnetic interfaces J. Mag. and Mag. Mater. 1999, v. 198−199, p. 468 — 470.
- Осуховский В.Э., Воробьев Ю. Д., Чеботкевич JI.A. и др. Определение вкладов в коэрцитивную силу тонких магнитных пленок от объемных и поверхностных неоднородностей ФММ, 1984, т. 57, № 2, с. 254 — 260.
- Пынько В.Г., Мушаилов Э. С., Пынько Г. П. Измерение намагниченности насыщения и толщины ТМП методом вращающих моментов. «Аппаратура и методы исследования тонких магнитных плёнок». Красноярск: ин-т физики СО АН СССР. 1968, с. 72 — 75.
- Ratzke К., Hall M.J., Jardine D.B. et. al. Evolution of microstructure and magnetoresistance in Co/Cu multilayers during annealing J. Mag. and Mag. Mater., 1999, v. 204, p. 61 — 67.
- Воробьев Ю.Д., Чеботкевич Л. А., Корнилов A.B. Угловая зависимость перпендикулярного магниторезистивного. Материалы ХХХХШ Всероссийской межвузовской научно — технической конференции143
- Фундаментальные и прикладные вопросы физики и математики". Владивосток: ТОВМИ, 2000, т.2. с. 47 51.