Металлические аморфные пленки

Природа магнитного упорядочения и структура.

Аморфные пленки сплавов редкоземельных и переходных металлов (РЗ-ПМ) обычно описывают общей формулой (R_1-хMe_х)_1-уZ_y, где R— редкоземельный или немагнитный элемент, используемый для замещения; Me — один из переходных металлов (Mn, Fe, Со, Ni); Z — немагнитный элемент (Мо, Сu, Аu, Ск), вводимый для обеспечения разнообразия свойств. Для краткости эту форму часто записывают как R—Me—Z.

Возникновение самопроизвольной намагниченности в сплавах РЗ-ПМ обусловлено наличием 3d-орбиталей в атомах переходных металлов и 4f-орбиталей в атомах редкоземельных металлов, а также наличием сил обменного взаимодействия, вызывающих магнитное упорядочение элементарных магнитных моментов атомов. В этих материалах имеют место три типа обменных взаимодействий: редкоземельных атомов между собой, атомов переходных металлов между собой и редкоземельных атомов с атомами переходных металлов. Самым слабым вследствие своего косвенного характера является обменное взаимодействие между редкоземельными атомами, а самым сильным — взаимодействие между атомами переходных металлов, превосходящее первое больше чем на порядок и определяющее значение температуры Нееля Т_н (часто эту температуру для аморфных пленок называют температурой Кюри Т_к). Сила обменного взаимодействия редкоземельных атомов с атомами переходных металлов является промежуточной, но она определяет значение температуры компенсации магнитного момента T_кмм. Каждое из этих обменных взаимодействий является в зависимости от расстояния между атомами положительным или отрицательным [1].

Одноосная анизотропия.

Хотя массивные образцы аморфных сплавов редкоземельных элементов с железом не имеют заметной макроскопической анизотропии, тонкие аморфные пленки определенных составов обладают одноосной анизотропией с осью легкого намагничивания, перпендикулярной поверхности пленки. Одноосная анизотропия в аморфных пленках сильно зависит от условий их получения, поэтому, применяя различные режимы роста этих пленок, можно получать необходимую анизотропию.

Рис. 1.26. Константа одноосной анизотропии аморфных пленок до (сплошные линии) и после (штриховые линии) отделения от подложки: a Gd - Со; б- Tb - Fe; в - Gd - Fe

Максимум константы одноосной анизотропии К_одн в аформных пленках наблюдается для пленок Gd — Со и Tb — Fe, отделенных от подложки (рис. 1.26, а, б). Однако для пленок Gd — Fe в этих условиях /К_одн имеет минимальное значение (рис. 1.26, в). Более того, для пленок одного и того же состава, полученных разными методами, концентрационная зависимость константы одноосной анизотропии может быть различной. Так, для пленок Tb —Fe с очень малым содержанием аргона, полученных методом магнетронного распыления, максимум К_одн наблюдается вблизи компенсационного состава. Вместе с тем в пленках Tb — Fe с содержанием аргона, полученных методом катодного распыления, вблизи компенсационного состава значение К_одн минимально.

1.4.3.3 Магнитооптические свойства.

Для считывания информации, записанной на аморфную пленку, используют как эффект Фарадея, так и эффект Керра. Магнитооптические параметры аморфных пленок ряда составов приведены в табл. 1.4.

Коэффициент оптического поглощения аморфных пленок Tb — Fe падает с длиной волны в диапазоне λ < 1 мкм, в то время как при λ =1÷ 3мкм его значение почти не меняется и составляет (5÷ 6)х10⁵ см ^-1.

Температурная зависимость удельного фарадеевского вращения в пленках Tb — Fe с различным содержанием тербия имеет вид, характерный для зависимости M_s (Т), при этом θ _F уменьшается с ростом содержания Тb.

Характер температурной зависимости керровского вращения в аморфных пленках такой же, как и для θ _F (Т). В частности, при увеличении температуры от комнатной до 350 К значение θ _К в пленках Tb — Fe уменьшается от 0, 18° до 0, 08°.

Поскольку для считывания информации с МО дисков обычно используют эффект Керра, увеличивают θ _К за счет введения различных добавок в аморфные пленки Tb — Fe, обладающие относительно низким θ _К (рис. 1.27, табл. 1.4), но более предпочтительным по другим параметрам для практического использования.

Рис. 1.27. Концентрационные зависимости керровского вращения в некоторых

аморфных пленках:

1 - Tb_x (Со_{0, 11}Fe_{0, 89})_1-_x; 2 — (Tb_{0, 85}Gd_{0, 15})_xFe_1-_x; 3 - Tb_xFe_1-_x

Проводя замещения в обеих подрешетках аморфных пленок Tb — Fe, можно оптимизировать параметры этих материалов. Так, замещение атомов железа кобальтом должно увеличивать Т_н, Н_си θ _К, а добавки в редкоземельную подрешетку сдерживают рост Т_н, но сохраняют высокое значение θ _К. Для системы Tb_u_-_xR_xFe_υ_-_yCo;, (R = Dy, Но, Еr) можно получить большое θ _К в интервалах u= 0, 30÷ 0, 33, υ = 0, 674÷ 0, 70 и у = 0, 05÷ 0, 25. Другой путь повышения θ _К состоит в нанесении диэлектрических покрытий и отражающих слоев [1].

Таблица 1.4. Параметры аморфных пленок РЗ-ПМ

Состав пленки	Способ получепия	h, нм	Покрытие	h_покр, нм	H, kA/m	Т_Н, К	θ _К, град	λ, мкм
Tb_{0, 12}Fe_{0, 88}	Термическое испарение		Si0₂			—	1, 2	—
Tb_{0, 18}Fe_{0, 82}	То же	60-80	Si0₂		—		—	—
Tb_{0, 18}Fe_{0, 82}	Катодное распыление		МПФГ+Tb — Fe + SiO₂+ 1200	—	—	—	0, 5	0, 5
Tb_{0, 21}Fe_{0, 79}	Термическое испарение		—	—	—	—		0, 63
Tb_{0, 21}Fe_{0, 79}	Термическое испарение		Tb - Fe + +250SiO+ 40 Au	—	—	—	0, 55	—
Tb_{0, 21}Fe_{0, 79}	Катодное сораспыление	1-10	SiO₂		—	—	0, 98	0, 63
Tb_{0, 21}Fe_{0, 79}	Термическое испарение	100-250	-				0, 18	0, 63
Tb_{0, 215}Fe_{0, 785}	Катодное сораспыление		SiO	40—400		—	0, 6	0, 63
Tb_{0, 225}Fe_{0, 775}	То же	—	Al+750 SiO₂ + +100 Tb-Fe + + 20 SiO₂	—			0, 22	0, 63
Tb_{0, 225}Fe_{0, 775}	» »	—	AI + 750 Si0₂ + + 5Tb Fe + + 20 Si0₂				1, 72	0, 63
Tb_{0, 23}Fe_{0, 77}	Термическое испарение		SiO				0, 3	0, 63
Tb_{0, 25}Fe_{0, 75}	Катодное распыление		SiO₂			—	0, 25	0, 63
Tb_{0, 26}Fe_{0, 74}	Термическое испарение		—	—			—	—
Tb_{0, 29}Fe_{0, 71}	То же	60 -80	SiO₂					—

Вывод

Сравнивая методы регистрации магнитных полей рассеяния, можно определить, что наиболее подходящим методом является магнитооптический метод. Метод Биттера, или метод порошковых фигур, является разрушающим, имеет невысокое разрешение, по сравнению с магнитооптическим методом. Метод магнитной силовой микроскопии трудно реализуем, дорогостоящий, требует наличия габаритных подсистем. Приборы, основанные на магнитооптических эффектах Фарадея и Керра, имеют малые габариты, низкую стоимость, являются неразрушающими и потому широко могут использоваться для снятия магнитной информации и последующего контроля на подлинность ценных бумаг.

Основными параметрами качества магнитооптического прибора являются контраст, оптическая эффективность и разрешающая способность. Наибольшее влияние на значение контраста и эффективности оказывают угловое отклонение от положения погасания в системе поляризатор – анализатор и толщина пленки. В данной работе представлены выражения для оптимальных значений отклонения и толщины, обеспечивающие максимальный контраст.

Пространственное разрешение магнитооптического метода визуализации на пленках феррит-гранатов лежит в пределах от долей до единиц микрон и достигает максимума при минимальном расстоянии между кристаллом и поверхностью носителя, что объясняется быстрым затуханием поля рассеяния при увеличении этого расстояния.

В результате анализа существующих магнитооптических материалов, было установлено, что наиболее подходящим материалом для решения поставленной задачи являются висмутсодержащие пленки феррит-гранатов в силу ряда преимуществ: высокое фарадеевское вращение, позволяющее получить высокий контраст изображения, низкое оптическое поглощение и, как следствие, высокая магнитооптическая добротность.

Конструкторская часть.

Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 12 13 14 15 16 17 Следующая