РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА І ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Узагальнюючи результати літературного огляду, було визначено напрям наших
досліджень. Вибір для дослідження тришарових плівкових систем Co/Cu(Ag)/Co,
FeNi/Cu(Ag)/FeNi та FeNi/Cu(Ag)/Co був обумовлений цілим рядом причин.
По-перше, якщо фізичні властивості одношарових плівок Со, Cu, Ag та сплаву FeNi
вивчені дуже детально, що дало конкретний прикладний результат у вигляді їх
широкого використання в мікроелектноніці та інших галузях [8-16], то у разі
тонких три- та багатошарових плівок на їх основі дослідження носять
фрагментарний характер. По-друге, відкриття явища гігантського магнітоопору в
плівкових системах, у яких магнітні шари (Fe, Со, FeNi та ін.) розділені
немагнітними металевими прошарками (Cr, Cu, Ag) товщиною декілька нанометрів,
дало надзвичайно потужний імпульс для експериментального та теоретичного
дослідження явища ГМО. В цілому, не зважаючи, на велику кількість робіт у цьому
напрямку, ряд питань до цього часу залишаються до кінця не з’ясованими. Так,
залишається ряд нез’ясованих питань щодо особливостей спін-залежного
розсіювання електронів провідності у тришарових системах, а також до кінця не
з’ясована природа ГМО.
Таким чином, плівкова система Со/Cu/Со є як би «модельною» для вивчення явища
гігантського магнітоопору. У той же час, донині електрофізичні, і особливо
магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі пермалою
вивчені недостатньо. Комплексне дослідження структури, фазового складу,
електричних і гальваномагнітних властивостей тришарових плівок Co/Cu(Ag)/Co,
FeNi/Cu(Ag)/FeNi та FeNi/Cu(Ag)/Co у широкому інтервалі товщини і температур
дасть можливість систематизувати експериментальні результати.
2.1. Отримання тришарових плівкових зразків [126, 127]
Для досягнення поставлених у роботі завдань, нами був вибраний метод почергової
роздільної конденсації компонент, що дозволяє безпосередньо отримувати на
підкладці багатошарові плівки з різними товщинами шарів.
Для отримання тонких тришарових плівок використовувалася промислова вакуумна
установка ВУП-5М виробництва Сумського ВАТ «Selmi», пристосована до вирішення
наших завдань. Тиск залишкової атмосфери у процесі отримання тришарових плівок
складав 10-4 Па.
Осадження плівок здійснювалося методом почергового випаровування чистих металів
з двох незалежних джерел за методикою, описаною в [128]. Вибір методів
випаровування металів-компонент тришарових плівок обумовлювався такими
фізичними властивостями матеріалів, як температура плавлення і тиск насиченої
пари [129]. Так, для конденсації міді та срібла використовувався метод
термічного випаровування. При цьому випаровувачами були стрічки з вольфрамової
фольги товщиною 0,05 мм. Плівки Со та сплаву FeNi отримували методом
електронно-променевого випаровування за допомогою електронної діодної гармати,
схема якої представлена на рис. 2.1. Вона складається з анодного і катодного
вузлів, механічно скріплених керамічними пластинами-ізоляторами. Висока напруга
на анод гармати (до 3 кВ) подавалася за допомогою переполюсованного блоку
живлення БП-100. Кобальт (або пермалой) прикріплявся до вольфрамового анода
точковою зваркою. Розігрів анода до необхідної температури відбувався при його
бомбардуванні розфокусованим пучком електронів, що вириваються з термокатода
(вольфрамовий дріт діаметром 0,3 мм). Чистота випаровуваних металів складала не
менше ніж 99,98%.
Конденсація плівок проводилася при кімнатній температурі (300 К) підкладки.
Швидкість конденсації визначалася за часом осадження і кінцевою товщиною
зразка. У процесі конденсації вона підтримувалася постійною і складала
(0,5-1,5) нм/с залежно від режимів випаровування.
Конструкція виготовленого нами підкладкотримача, схема якого представлена на
рис. 2.2, дозволяла отримувати за один технологічний цикл напилення два
плівкові зразки (3) з дещо різною товщиною немагнітного прошарку при практично
однаковій товщині магнітних шарів. Геометричні розміри досліджуваних зразків
задавалися за допомогою спеціальної маски, виготовленої з високою точністю з
ніхромової фольги.
В якості підкладок використовувалися поліровані оптичні скельця із заздалегідь
нанесеними контактними площадками (2) (дослідження електрофізичних і
магніторезистивних властивостей), монокристали KBr і вуглецеві плівки (5)
(структурні дослідження). Екрани (1) забезпечували роздільне попадання на
«свідки» товщини (4) компонент тришарової плівки. Обробка підкладок проводилася
за загальноприйнятою методикою – хімічне очищення з подальшим кип’ятінням у
дистильованій воді і сушкою перед установкою у вакуумну камеру і дегазацією
нагріванням до 600 К протягом півгодини.
Товщина плівок вимірювалася за допомогою мікроінтерферометра МІІ-4. Нами була
проведена його модернізація для спрощення процесу вимірювання товщини плівки і
підвищення точності вимірювань. Як джерело світла використовувався мініатюрний
напівпровідниковий лазер (l = 647 нм).
Інтерференційна картина реєструвалася за допомогою цифрової фотокамери з
передачею даних до комп’ютера. На рис. 2.3, в якості ілюстрації, представлена
типова інтерференційна картина від плівкового зразка з товщиною d = 85 нм. При
такому способі вдається зменшити похибку вимірювання товщини, особливо в
області товщин d < 50 нм. Похибка вимірювання товщини складає 5-10% для товщини
(50-200) нм і 10-15% для товщини d < 50 нм.
Необхідно відзначити, що у разі ультратонких (d < 10 нм) прошарків, як правило,
під товщиною плівки d прийнято розуміти вагову товщину плівки, яка визначається
за часом напилення і відомою швидкістю осадження. У цьому випадку говорять про
ефективну (привед
- Киев+380960830922