Магнитные и электрические свойства пленок Co

С помощью метода динамической магнитно-силовой микроскопии (МСМ) (кантилевер колеблется с резонансной частотой) визуализировано пространственное распределение по поверхности металлических пленок производной магнитной силы, которая пропорциональна второй производной магнитного поля. Цветовой контраст, наблюдаемый на МСМ-изображениях, свидетельствует о наличии доменной структуры. Следует отметить, что из-за сравнительно большой высоты холмов топография поверхности пленок частично оказывает влияние на характер МСМ-изображений. Как видно из рисунка 19, пленки кобальта, полученные при температуре испарителя 120 ⁰С, характеризуются слабо выраженной доменной структурой.

 

 

	а
		б
		в
			г
	д
		е

 

 

 

 

 

Рисунок 19 - Морфология поверхности (а, в, д) и магнитная структура (б, г, е) пленок Co, нанесенных на подложку Si при температуре испарителя 120 ⁰С и температурах подложки 310 (а, б) и 350 (в, г) и 420 ⁰С (д, е); атомно-силовая микроскопия

Помимо отсутствия доменной структуры невысокие магнитные свойства у пленок Co подтверждают также петли гистерезиса, измеренные в направлении оси легкого намагничивания (рисунок 20).

		а		б
	в
		г

 

 

 

Рисунок 20 - Петли гистерезиса пленок Co, нанесенных на подложку Si при температуре испарителя 120⁰С и температурах подложки 310 (а), 330 (б), 350 (в) и 420⁰С (г)

Как видно из рисунка 20, пленки Co, полученные при температуре подложки 310 ⁰С характеризуются сравнительно узкой петлей гистерезиса с низкими значениями остаточной намагниченности и намагниченности насыщения. Повышение температуры испарителя до 330 ⁰С способствует двукратному росту намагниченностей пленок, однако их величина остается по-прежнему невысокой. При этом слегка увеличивается коэрцитивная сила, и петля гистерезиса становится более широкой. Дальнейшее повышение температуры подложки до 350 ⁰С приводит к резкому уменьшению всех магнитных характеристик пленок Co и к сужению петли гистерезиса. Однако при температуре подложки, равной 420 ⁰С, исследуемые пленки характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и намагниченности насыщения, а также широкой петлей гистерезиса.

Повышение температуры испарителя до 130 ⁰С способствует существенному росту величин остаточной намагниченности и намагниченности насыщения пленок Co (Рисунок 21).

 

Рисунок 21 – Петли гистерезиса тонких пленок Co, нанесенных при температуре испарителя T _исп = 130 °С и температурах подложки 300 (а), 310 (б), 320 (в), 330 (г) и 340 ⁰С (д)

Как видно из рисунка 21, максимальные значения остаточной намагниченности и намагниченности насыщения наблюдаются в пленках Co, осажденных при температуре подложки Т_подл = 330 ⁰С. Коэрцитивная сила пленок Co, полученных при температуре испарителя 130 ⁰С, остается в целом постоянной и составляет около 6500 А/м. Однако коэрцитивная сила пленок Co, полученных при температуре подложки 320 ⁰С, характеризуется более высокой величиной. Стоит отметить, что повышение температуры испарителя со 120 до 130 ⁰С привело также к уширению петли гистерезиса исследуемых пленок.

Дальнейший рост температуры испарителя вновь приводит к уменьшению магнитных характеристик пленок Co (рисунок 22, в, г). Как видно из рисунка 22, пленки Co, полученные в интервале температур испарителя от 135 до 145 ⁰С характеризуются пониженными значениями остаточной намагниченности и намагниченности насыщения по сравнению с пленками, осажденными при температуре испарителя 130 ⁰С. При этом коэрцитивная сила данных пленок несущественно зависит от температуры испарителя и варьируется в пределах 6500-7500 А/м. Повышение температуры испарителя до 150 ⁰С способствует четырехкратному росту намагниченностей пленок Co (рисунок 22, д), однако коэрцитивная сила данных пленок остается неизменной. Последующее увеличение температуры испарителя до 155 ⁰С одновременно сохраняет рост намагниченностей и способствует резкому уменьшению величины коэрцитивной силы исследуемых пленок Co (рисунок 22, е).

 

 

 

 

Рисунок 22 – Петли гистерезиса тонких пленок Co, нанесенных при температуре подложки T _подл = 330 °С и температурах испарителя 120 (а), 130 (б), 135 (в), 145 (г), 150 (д) и 155 ⁰С (е)

 

 

Зависимость удельного электрического сопротивления пленок Co от температурных условий осаждения представлена в таблице 4. Из таблицы видно, что для пленок из первой партии увеличение температуры подложки от 310 до 420 ⁰С способствует значительному росту величины удельного электрического сопротивления. Отметим, что при температуре подложки, равной 420 ⁰С, удельное электросопротивление исследуемых пленок сравнимо с сопротивлением кремниевой подложки, что объясняется несплошностью данных пленок. Удельное электрическое сопротивление пленок из второй партии характеризуется экстремальной зависимостью от температуры подложки с минимальным значением при температуре Т_подл = 330 ⁰С. Для пленок из третьей партии величина удельного электросопротивления имеет тенденцию к уменьшению с ростом температуры испарителя.

 

 

Таблица 4 – Коэрцитивная сила H_c, остаточная намагниченность M_r, намагниченность насыщения M_s и удельное электрическое сопротивление r пленок Co, полученных при различных температурах испарителя Т_исп и подложки Т_подл.

Тисп, 0С	Тподл, 0С	Hc, А/м	Mr, emu/cм3	Ms, emu/cм3	r, 10-6 Ω*м
Первая партия
					0,38
					0,46
		-	-	-	3,69
		-	-	-	-
					-
Вторая партия
					0,36
					0,34
					0,12
					0,07
					0,1
Третья партия
					0,46
					0,07
					0,05
					0,12
					0,11
					0,04
					0,04