Увеличение магнитосопротивления гранулированных композитов CoFeB-SiOn с помощью технологических параметров

Слюсарев Виталий Алексеевич
Воронежский государственный технический университет

Научный руководитель: Стогней Олег Владимирович, к.ф.-м.н.
Соавторы: Ситников Александр Владимирович, Стогней Олег Владимирович, Калинин Юрий Егорович, Золотухин Иван Васильевич, Копытин Михаил Николаевич

Известно, что гигантский магниторезистивный эффект, которым обладают гранулированные композиты металл-диэлектрик, зависит от морфологии материала (размер гранул и ширина диэлектрического барьера между ними), а также от свойств диэлектрической матрицы. В свою очередь эти параметры могут значительно изменятся при изменении условий получения композитов. Исходя из этого, целью данной работы было проведение исследований влияния температуры подложки и состава рабочего газа в камере на магнитосопротивление (МС) гранулированных композитов CoFeB-SiOn.

Исследуемые образцы были получены в виде тонких пленок (~3мкм) ионно-лучевым распылением составных мишеней. Основа мишени была изготовлена из металлического сплава CoFeB, на поверхности которого размещались пластины кварца. Изменение числа пластин позволяло широко менять соотношение диэлектрической и металлической фаз в получаемых образцах. Структура композитов исследовалась с помощью электронно-микроскопического анализа. Было установлено, что композиты представляют собой нанометровые металлические гранулы, случайным образом распределенные в матрице диэлектрика. В исходных образцах размер гранул составлял 2-7 нм в зависимости от состава композита.

Исходными (базовыми) условиями получения композитов было осаждение материала в атмосфере аргона (Ar) на подложки, охлажденные до 200С.

При увеличении температуры подложки от 200С до 2500С максимальное значение магниторезистивного эффекта, наблюдаемое в системе, возрастает и достигает 4%. (Тподл.=200С, МС=2.9%; Тподл.=1800С, МС=3.8%; Тподл.=2500С, МС=4%,). При увеличении температуры подложки происходит возрастание подвижности осаждаемых атомов в растущем слое. В результате этого формируется более совершенная гетерогенная структура, что приводит к возрастанию МС.

Установлено, что добавление в аргон азота (N2) и кислорода (O2) при напылении на охлаждаемую подложку (Тподл.=200С), приводит к увеличению МС. При этом, максимальный магниторезистивный эффект (5%) наблюдается в образцах, полученных при добавлении О2 в Ar (PN=5* 10-5торр, МС=3.4%; PN=9* 10-5торр, МС=4%; PO=2.5* 10-5торр, МС=5%). Предполагается, что увеличение МС связано с заполнением атомами азота или кислорода оборванных связей кремния, образующихся в процессе формирования матрицы SiOn при напылении.

Оптимальные условия для получения гранулированных композитов с большим МС реализуются при напылении в атмосфере кислорода на нагретые подложки. В этом случае формируется структура с благоприятными свойствами для достижения максимального магниторезистивного эффекта (6%).

(c) АСФ России, 2001