2
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
Условные обозначения, используемые в диссертационной работе . . 5
ВВЕДЕНИЕ ......................................................... 7
1. ПЛЁНКИ СПЛАВОВ Fe-Co-Ni С ВЫСОКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ MAI Т4ИТОСОПРОТИВ Л ЕНИЯ (обзор л итературы )................ 14
]. 1. Магнитные и магниторезистивные свойства сплавов Fe-Co-Ni. . 14
1.2. Особенности резистивных и гистерезисных свойств сплавов Fe-Co-Ni в тонкоплёночном состоянии (элементы феномсноло-i-ических теорий)............................................... 22
1.2.1. Удельное электрическое сопротивление............... 22
\ .2.2. Анизотропия магнитосопротивления.................. 24
1.2.3. Коэрцитивная сила тонких магнитомягких плёнок . . . 25
1.3. Резистивные свойства, коэрцитивная сила и наведённая магнитная анизотропия плёнок сплавов Fe-C'o-Ni (экспериментальные данные)......................................................... 29
1.4. Слоистые плёнки на основе ЗсУ-металлов и их сплавов......... 40
1.4.1. Ме.жслойное взаимодействие в слоистых пленках ... 41
1.4.1. Гигантских'* магниторезистивный эффект............. 47
1.5. Задачи исследования......................................... 53
2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА............................ 55
2.1. Условия получения и последующие обработки плёночных образцов ......................................................... 55
2.1.1. Метод высокочастотного ионного распыления......... 55
2.1.2. Получение плёнок нитрида титана................... 59
2.1.3. Условия термической и термомагнитной обработок плёнок................................................... 63
3
2.2. Методики аттестации структурного состояния и измерения 66 свойств плёнок ................................................
2.2.1. Приготовление образцов для электронной микроскопии 64
2.2.2. Методики измерения магнитных и резистивных свойств................................................... 66
3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРОСТРУКТУРУ. РЕЗИСТИВНЫЕ И ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ОДНОСЛОЙНЫХ ПЛЁНОК FeCoNi ... 69
3.1. Характеристика исходного состояния образцов.................. 70
3.2. Резистивные и гистерезисные свойства плёнок Fel9Ni81, подвергнутых термическому воздействию........................... 72
3.2.1. Влияние температуры подложки на свойства плёнок . 73
3.2.2. Свойства плёнок, отожжённых в вакууме............... 76
3.2.3. Влияние термической обработки и материала подложки на микроструктуру плёнок............................ 84
3.2.4. Роль микроструктуры в формировании резистивных свойств плёнок............................................ 90
3.2.5. Влияние структурных неоднородностей на коэрцитивную силу и магнитную наведённую анизотропию пер-маллоевых плёнок ......................................... 95
3.2.6. Особенности свойств плёнок, подвергнутых ступенчатому отжигу в атмосфере водорода и вакууме ... 98
3.3. Влияние толщины на структурно-чувствительные свойства плёнок Fel 9Ni81............................................... 103
3.4. Особенности микроструктуры и свойств плёнок FelONi90 .... 109
3.5. Структурно-чувствительные свойства плёнок Fel5Co20Ni65 . . . 116
3.6. Влияние буферного слоя на свойства плёнок................. 120
3.7. Магнитные свойства и фазовые превращения плёнок FeCoNi-N . 124
4
3.8. Выводы к главе 3....................................... 133
4. СТРУКТУРНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СЛОИСТЫХ
ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ Зс/-МЕТАЛЛОВ .......................... 136
4.1. Гистсрсзисныс и магниторезистивные свойства обменносвязанных многослойных плёнок Co/Ni.......................... 137
4.2. Магнитная межслойная связь и её влияние на макроскопические свойства плёночных сэндвичей на основе сплавов FeCoNi .... 145
4.2.1. Плёнки со скрещенными осями лёгкого намагничивания слоев.............................................. 146
4.2.2. Плёнки с разной коэрцитивной силой слоев..... 152
4.2.3. Плёнки с изменяемой толщиной немагнитной прослойки ...................................... 160
4.3. Оптимизация свойств плёночных сэндвичей как магниторезистивного материала..................................... 172
4.1. Выводы к главе 4....................................... 182
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................ 184
БЛАГОДАРНОСТИ............................................... 186
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
187
5
Условные обозначения, используемые в диссертационной работе
А — константа обменного взаимодействия
0 — средний размер кристаллических зёрен
Е0, — энергия взаимодействия слоев по механизму «апельсиновой кожуры»
Н — магнитное поле
//л — ноле наведённой магнитной анизотропии Не — коэрцитивная сила
На — коэрцитивная сила, вызванная закреплением доменной границы на поверхностных неоднородностях плёнки,
НСУ — коэрцитивная сила, обусловленная задержкой на объёмных дефектах Нл — поле насыщения К, К\,К2 — константы кристаллической анизотропии Кс — константа межслойной связгг
Ь —толщина плёнки Ь1]р — толщина прослойки
£со> Ьси, — толщина слоя Со, Сг, Си, № в многослойной плёнке 7.р — период слоистой структу ры Ма — намагниченность насыщения Рн2 — парциальное давлении азота в газовой смеси — давление водорода
/? — электрическое сопротивление 7с —температура Кюри У*р — объём кристаллических зёрен У„ — скорость осаждения плёнки И — высота поверхностных шероховатост ей Адаф — ширина дифракционной линии Л,г — глубина травления
1 — расстояние между дефектами
6
/0 — длина свободного пробега электронов li( — толщина мсжслойной переходной области /со — отношение толщины слоя кобальта к периоду слоистой структуры
/I — поверхностная плотность межзёренных границ р — коэффициент зеркальности
г — коэффициент отражения элс^ронов от границ зерен /от, — температура отжига /„ — температура подложки § — ширина доменной границы ¥ — плотность энергии доменных стенок у4 — плотность энергии нсслсвскнх доменных границ
— амплитуда поверхностных неровностей X, — константа магшпострикции насыщения pto — магнитная проницаемость вакуума
р — удельное электрическое сопротивление р» — удельное электрическое сопротивление в размагниченном состоянии
Рп, р — удельное электрическое сопротивление при параллельной или перпендикулярной ориентации электрического тока и намагниченности др — анизотропия магнитосопротивления Ар/ро — магниторезистивное отношение
— продолжительность отжига
АМС — анизотропное магнитное сопротивление ГМС — гигантское магнитное сопротивление ОЛН — ось лёгкою намагничивания 11П — немагнитная прослойка
7
ВВЕДЕНИЕ
Магнитные плбнки на основе 3^-металлов и их сплавов, в частности плёнки с высоким магнитосопротивлением, являются достаточно известным, но не теряющим актуальности видом магнитоупорядоченных объектов. Непреходящий интерес к плёнкам обусловлен особенностями их физических свойств и большим потенциалом практического применения. Существенным фактором, во многом определяющим специфику тонкоплёночного состояния, выступают поверхностные (внешняя поверхность, приподложечный слой) и объёмные (границы кристаллических зёрен) неоднородности. Они самым коренным образом влияют на так называемые структурно-чувствительные свойства, к которым относятся электрическая проводимость, магнитный гистерезис, наведённая магнитная анизотропия.
Активное и продолжительное исследование плёнок сплавов 3^-метал-лов дало значительный экспериментальный материал, позволивший сформулировать определённые феноменологические модели их структурночувствительных свойств [1-4]. Отметим, что в большей части эксперимент был выполнен на образцах, приготовленных с помощью термического напыления. В последнее двадцатилетие в исследовательской практике и производстве получил широкое распространение метод ион но-плазме иного распыления. Процесс формирования плёнок с помощью этою метода лучше поддаётся контролю и управлению. В тоже время он имеет свою специфику, которая состоит в высокой кинетической энергии частиц материата, падающих на подложку, в неизбежном присутствии атомов инертного газа в материале пленки и др. Структурно-чувствительные свойства таких объектов исследованы слабо.
Бурное развитие микроэлектроники и средств автоматизации требует плёночных магнитных материалов с новыми функциональными характеристиками. Среди прочего это обращает внимание исследователей к известным, но до ссй поры не детализированными свойствам магнетиков. Так произошло
8
с анизотропией магнитосопротивления (АМС), относительно большой величиной которой обладают некоторые сплавы Рс-Со-№ [5-7]. В середине 80-х годов появился ряд публикаций, посвященных изучению влияния различных физико-технологических факторов на АМС [8-11]. Однако на начало нашей работы оставался в тени тот факт, что АМС является структурно-чувствительной характеристикой. Фактически отсутствовало систематическое исследование связи анизотропии магнитосопротивления и параметров микроструктуры тонких плёнок, не было установлено чёткой корреляции между' резистивными характеристиками и магнитными структурно-чувствительными свойствами (коэрцитивной силой, полем наведённой магнитной анизотропии) плёнок. К тому же эти характеристики сами нуждались в дополнительном анализе в связи заметными изменениями в способах получения плёнок, а именно с широким распространением метода ионно-плазменного распыления.
В последние годы с появлением и развитием новых высокотехнологичных методов получения плёнок, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия в сверхвысоком вакууме, магнетронное распыление и др., возникла возможность создания слоистых плёночных структур с высокой локализацией компонентов. Это не замедлило откликнуться открытием нового явления - гигантского магнитосопротивления (ГМС), которое наблюдается в сверхрешётках типа Ре'Сг и плёночных сэндвичах на основе плёнок пермаллоя [12-21]. С многослойными плёнками связано не только ГМС. В своё время на компози-ционно-модулировапных структурах, полученных термическим испарением, были обнаружены интересные гистерезисные эффекты, возникающие благодаря взаимодействию контактирующих магнитных слоёв или слоёв, разделённых немагнитными прослойками [22]. Можно ожидать, что в сочетании с АМС или ГМС они дадут новое качество плёночным магниторезистивным материалам. Однако новые технологии несут с собой своеобразие морфологии самих слоёв и мсжслойных границ, а это в свою очередь должно отра-
9
жаться на кооперативных магнитных свойствах многослойных структур. Отсюда вытекает необходимость в детальном и совместном анализе .магнитных и магниторезистивных свойств многослойных пленок.
Целью данной работы являлось установление количественных закономерностей и определение механизмов влияния различных физических факторов на структурное состояние, магнитные и резистивные свойства плёнок на основе сплавов 3</-металлов с высокой анизотропией магнитосопротивления.
Наиболее существенные результаты и научная новизна диссертационной работы состоят в следующем:
Показано, что основными физическими факторами, определяющими удельное электрическое сопротивление и анизотропию магнитосопротивления в плёнках сплавов Ре-Со-№, полученных высокочастотным ионноплазменным распылением, являются величина и однородность размеров кристаллитов, толщина плёнок в диапазоне £ < 50 нм и наличие внучрикристал-литных дефектов. Роль последних зависит от химического состава плёнок и материала подложек.
Найдено, что доминирующие механизмы маы-штного гистерезиса в значительной степени индивидуальны для плёнок исследованных составов и толщин. В однослойных плёнках Рс19№81 коэрцитивная сила в основном обусловлена поверхностными дефектами, которые образуются из-за шероховатости подложек или химического взаимодействия между материалами подложки и плёнки. В плёнках Ре10М90 и Ре15Со20М65 поверхностный вклад в Нс выступает на первый план только при I < 20 нм. В более толстых образцах определяющее значение имеет объемная структурная неоднородность, к которой относятся кристаллические зёрна и межзёренные границы.
Впервые показано, что введение буферного слоя нитрида титана способствует образованию в плёнках однородной мелкокристаллической структуры, что приводит к существенному снижению коэрцитивной силы при сохранении высокой анизотропии магнитосопротивления.
10
Определены закономерности изменения фазового состава, магнитных и резистивных свойств плёнок Fel5Co20Ni6S-N в зависимости от условий их получения в режиме реактивного распыления в азотосодержащей атмосфере. Впервые установлено, что такие изменения носят частично обратимый характер. Это позволяет посредством вакуумного отжига в широких пределах варьировать электросопротиаление и коэрцитивную силу плёнок и, в частности, индуцировать переход парамагнетик - ферромагнетик. Показано, что наличие изолирующего покрытия SiOj повышает термостабильность структурно-фазового состояния и свойств плёнок Fel 5Co20Ni65-N.
Установлены основные закономерности формирования структурно-чувствительных свойств многослойных плёнок Co/Ni. Показано, что их интерпретация возможна на основе представлений о существовании переходных межслойных областей переменного состава толщиной - 3 нм. Эти области могут свидетельствовать в пользу перемешивание елоёв, эффективно происходящего при сопряжении поверхностей с развитым рельефом.
Детализировано влияние немагнитной прослойки на магниторезистивные и гистерезисные свойства двухслойных плёнок сплавов Fe-Co-Ni. Показано, что наиболее чувствительной характеристикой плёночных сэндвичей является коэрцитивная сила, которая варьируется в широких пределах в зависимости от материала (Cu, Cr, TiN, SiO>) и толщины прослоек, а также от условий термообработки.
В двухслойных плёнках с прослойкой Си, полученных при определённых температурных режимах, впервые обнаружено преимущественное проникновение материала прослойки в поверхностный магнитный слой, сопровождающееся повышением ею коэрцитивной силы. Предложена модель, в которой указанное межслойное перемешивание интерпретируется как эффективное, обусловленное осаждением верхнего магнитного слоя на поверхность с сильной шероховатостью, которая возникает из-за повышенной размерной неоднородности микроструктуры прослойки Си. В соответствии с
11
этим повышенная коэрцитивная сила верхнею слоя связывается с более развитым рельефом его поверхности.
Выполнено сопоставительное исследование закономерностей персмаг-ничивания двухслойных плёнок со скрещенными и параллельными осями лёгкого намагничивания, а также с разной коэрцитивной силой слоёв. Показано, что коэрцитивная сила плёнок с одинаковыми свойствами слоёв может рассматриваться как наиболее чувствительный индикатор наличия межслой-нон связи. Дана систематизация механизмов межслойного взаимодействия, согласно которой при увеличении толщины прослойки (Laр) обменная связь между слоями (Lnp < 1 нм) сменяется магнитостатическим взаимодействием по модели «апельсиновой кожуры» (Лпр < 4 нм) и через «рябь» намагниченности (Z-пр < 100 нм).
Практическая значимость исследования состоит в следующем:
Установлены количественные закономерности влияния материала подложки и буферных покрытий, температуры термической обработки и толщины на микроструктуру, магниторезистивные свойства, коэрцитивную силу, поле наведённой анизотропии плёнок Fel9Ni81, FelONiOO и Fel5Co20Ni65, полученных высокочастотным ионно-плазменным напылением. Определены значения указанных параметров, оптимизирующие макроскопические свойства плёнок как магниторезистивного материала. Реализована технология получения магниторезистивных плёнок в условиях производства.
Установлено, что отжиг в водороде не даст преимуществ в функциональных свойствах мапшторезистивных плёнок Fe-Co-Ni по сравнению с вакуумным отжигом, проводимым без разгерметизации образцов, но приводит к значительному снижению адгезии между плёнкой и подложкой. На этой основе разработан новый способ отделения тонких металлических плёнок от подложек, используемый при подготовке образцов для электронной микроскопии.
На основе проведённых исследований двухслойных плёнок с разными
12
прослойками синтезирован новый магниторезистивный материал пригодный для практического использования. Полученные пленочные сэндвичи, состоящие из двух магнитных слоев пермаллоя или Fc-Co-Ni. разделённых тонкой прослойкой TiN, имеют пониженную коэрцитивную силу но сравнению с однослойными плёнками и в тоже время характеризуются высокой величиной магниторезистивного отношения.
Структу ра диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и списка цитируемой литературы. Работа содержит 200 страниц, включая 66 рисунков и 6 таблицы. В списке литературы приведено 185 наименования.
Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, представлялись на ряде конференций: Всесоюзной школе-семинаре «Доменные и магнитооптические запоминающие устройства» (Кобулетги, октябрь-ноябрь 1987), V Всероссийском координационном совещания вузов по физике магнитных материалов (Астрахань, 18-22 сентября 1989), IV семинаре но функциональной магнитоэлектронике (Красноярск, 26-28 июня 1990), XII Всесоюзной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Новгород, 30 сентября —6 октября 1990), VII координационном совещания «Развитие методов проектирования и изготовления интегральных запоминающих устройств» (Зеленогорск, 1991), XIX Всесоюзной конференции по магнетизму, (Ташкент, 1991), семинаре по магнитомикроэлсктроникс (Алушта, 19-25 октября 1991), XIII Всесоюзной школе-семинарс «Новые магнитные материаты микроэлектроники (магнитные плёнки)» (Астрахань, 21-26 сентября 1992), VI научном семинаре «Физика магнитных явлений» (Донецк, 24-29 мая 1993), Всероссийской научно-техн. школе «Запоминающие устройства ЭВМ и информационных систем», Всероссийское совещание по физике магнитных явлений (Астрахань, 20-26 сентября 1994), International Conference on Magnetism (Warsaw, Poland, 22-26 August 1994), 14th Interna-
13
tional Colloqwium on Magnetic Films and Surfaces (Düsseldorf, Germany, 29 August-2 September, 1994), XIV школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 1994), Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 3-4 ноября 1994), 6th Europen Magnetic Materials and Applications Conference (Vienna, Austria, 4-8 September 1995), Soft Magnetic Materials Conference (Krakow, Poland, 12-14 September 1995), International Symposium on Magnetic Industry (Anshan, China, 28-31 May 1996), XV Всероссийской школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 18-21 нюня 1996), International Conference on Magnetism (Cairns, Australia, 27 July-1 August 1997), Soft Magnet Materials Conference (Grenoble, France, 24-26 September 1997), XVI международной школе - семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 23-26 июня 1998), 7th European Magnetic Materials and Applications Conference (Zaragoza, Spain, 9-12 September 1998), VIII International Seminar Dislocation Structure and Mechanical Properties of Metals and Alloys (Ekaterinburg, Russia, 16-20 March 1999), 8th European Magnetic Materials and Applications Conference (Kyiv, Ukraine, 7-10 June 2000), Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Ekaterinburg, Russia, 2 Mart-27 February, 2001).
По теме диссертации опубликовано 16 научных статей, 34 тезисов докладов и получено 1 авторское свидетельство на изобретение.
Основные исследования по теме диссертации выполнены в отделе магнетизма твёрдых тел НИИ Физики и прикладной математики при Уральском государственном университете им. А.М.Горького. Наблюдения микроструктуры и доменной структуры плёнок с помощью электронного микроскопа проведены в Институте физики металлов УрО РАН H.H.Щёголевой и в Иркутском педагогическом институте И.Н.Кондратьсвым. Послойный химический анализ некоторых плёнок выполнен в Институте физики металлов УрО РАН Ю.М.Ярмошенко (методом Оже-спектроскопии) и В.Н.Кожановым (методом масс-спектроскопни). Частичная поддержка работы осуществлена фондом «The U.S. Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union (CRDF)» фант № RHC-005.
1. ПЛЁНКИ СПЛАВОВ Ие-Со-М С ВЫСОКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ (обзор литературы)
Исследование магниторезистивных сплавов Ре-Со-№ ведутся уже довольно продолжительный промежуток времени - более полувека. За ото время накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по магнитным, магниторезистивным и структурным свойствам этих сплавов, что нашло своё подробное отражение в статьях и монографиях, в частности, в [5,23]. Однако интерес к магниторезистивным сплавам не ослабевает, и по сей день. Одной из причин этого является новейшие достижения в области технологии, позволившие получать мапшторезистивные материалы в виде тонких однородных плёнок, а также многослойных и гранулированных структур с новыми необычными свойствами.
Тонкопленочное состояние магнитных материалов с высоким магнито-сопротивлением вызывает как научный, так и практический интерес. С одной стороны, это выяснение особенностей магнитных и магниторезисгивных свойств и их связи с микроструктурой плёнок. С другой стороны, это возможность использования мапшторезистнвных материалов в виде тонких плёнок в различных устройствах техники и микроэлектроники, что требует их всестороннего, комплексного исследования.
1.1. Магнитные и магниторезистивные свойства сплавов Ес-Со-Иi
В широком смысле магнитосопротивление (или магниторезистивный эффект) означает изменение электросопротивления проводника под действием внешнего магнитного поля. Магнитосопротивление в ферромаши гных металлах можно представить в виде суммы двух эффектов: нормального, когда изменение электросопротивления происходит за счёт изменения величины спонтанной намагниченности, и аномального (анизотропного), который
15
заключается в зависимости электросопротивления ферромагнетика от угла между вектором спонтанной намагниченности Л/, и электрическим током. Нас будет интересовать анизотропное магниторезистивное сопротивление (АМС), величину которою обычно оценивают магниторезистивным отношением, определяемого как
Лр _ Р|~Рх
(1.1)
зк» гзЛ
Р° |р|,+ТРх
где рц ирх- удельное сопротивление ферромагнетика при параллельной и
‘V
перпендикулярной ориентациях вектора намагниченности и электрического тока, протекающего через него; Р0 = зРц+|Р1_ удельное сопротивление ферромагнетика в размагниченном состоянии; Ар = р, -р^ -удельная анизотропия магннтосопротивления.
Объяснение зависимости величины электрического сопротивления от направления намагниченности было дано Кондо [24], который предположил, что анизотропный магниторезистивный эффект обусловлен рассеянием электронов проводимости под действием имеющихся у 3(/-электронов наряду со спинами небольших орбитальных моментов. Основываясь на таком предположении, можно объяснить как изменение величины сопротивления при изменении направления намаюиченности, так и его температурную зависимость.
Обстоятельный обзор экспериментальных и теоретических исследований анизотропии мапштосопротивления массивных поликристаллических образцов представлен в [5]. Из табл. 1, в которой приведены некоторые свойства 1;е, Со, N1 и их сплавов из [5], видно, что Др/ро чистых металлов невелико по сравнению со сплавами №-Рс и №-Со. Магниторезистивное отношение, как правило, существенно возрастает с понижением температуры, причём в большей степени это связано не с увеличением анизотропии магнито-соиротивления, а с понижением электрического сопротивления. Так для
16
Таблица 1.1
Тем-ра изчер. (К) Др'р. % Р« мкОм-см ,\р ^кОисм м кД/м Гс К
Ре 300 77 03~ 03 8.6 0.64 0,02 0.002 1717 1735 1043
Со 300 1.9 13.0 0.25 1424 1388
N1 300 77 2.02 335 V- 0,69 0,16 0.023 484 505 631
Nio.wFeb.i7 300 77 4.2 4.3 14.4 16.4 14.9 5,35 4,75 0.64 0.77 0,78 780 843 805
300 77 4.2 5.4 13.1 14,9 12.92 4,26 3,49 0,70 0,56 032 629 668 716 |
Nio.т4Fca^4 293 77 14 3.8 10.8 12,7 13.3 5.0 4.2 0.50 034 034 899 971 873
Иіо.*бСоьая 293 77 4.2 ■ 3,6' 8,6 10.6 10,7 2.8 23 038 034 озз 533 565 700
М<^оСосоо 293 77 4.2 6,6 21,0 26,7 п,з 4.0 3.1 0,75 0,84 0.84 785” 812 950
N 29Ї 77 14 0.5 16,4 20,0 11.3 3.9 0.6 0,72 0.64 0.60 692 716 870
Nii.iiPdo.rT 293 14 2,3 1,7 9.7 2.0 032 0.036 59в
293 14 2.9 9.9 15,0 2,3 0.44 озз 517 613
N^5^1405 293 77 14 _. Х(;- 5.0 5.7 12,2 5.2 4.6 0,32 0,17 036 358 398 340
300 77 14 з.б - 8,3 9.2 14.4 5.34 8,86 032 0,45 0.83
Nio.355Coc.4f бС^іо.і 5> 300 3.3 17.3 037 875
300 2,2 20,6 0,62 812
300 0.7 27,8 030
Магнигорезистивнос отношение Ар/ро, удельная анизотропия магнитосопротивле-
ния Ар, удельное электрическое сопротивление рс, намагниченность насыщения М и температура Кюри 7с для 3^-металлов н некоторых сплавов [5]. Здесь и в дальнейшем, нижние индексы обозначают состав сплава в относительной аіт>мной концентрации в долях единицы.
17
сплава Ni0.7oCoo.3o магниторезистивное отношение, измеренное при комнатной и гелиевой температурах, отличается почти в 4 раза. Помимо сплавов, приведённых в таблице, большим анизотропным магниторезистивным эффектом (Др/ро> 0,5 %) обладаю! сплавы N1 с 51, А1, V, Сг, Бп, Из табл. 1 видно, что сплавы никеля с железом и никеля с кобальтом являются материалами с достаточно высокой анизотропией магнитосопротивления. Рассмотрим свойства этих сплавов более подробно.
Па рис. 1.1 приведены зависимости магннторезистивного отношения от содержания N1 для сплавов М-Со и ЭД-Ре. Видно, что они являются немонотонными, причём для системы МьСо характерны более высокие значения Др/ро. Вероятно, эти особенности поведения магннторезистивного отношения от состава связаны с тем, что Др/ро пропорционально незамороженному орбитальному магнитному моменту, величина которого определяется составом [5]. Среди сплавов системы ЫЬСо наибольшим Др/р» ~ 6,6 % обладает состав, содержащий около 30 аг.% Со, а в системе М-Ре - сплав, имеющий ~ 90 ат.% N1 (Др/ро > 5 %). Следуег выделить широко используемый в технике сплав пермаллоя (Мо.зтвРео.згД который характеризуется достаточно высоким Др/р0 ~ 4 %, низкой коэрцитивной силой (< 80 А/м), аномально малыми константами анизотропии и магнитострикции насыщения. Отмстим также сплавы Ре-Со-№, для которых величина Др/ро, как и для двойных систем, меняется в широких пределах [23]. Например, для слабомагнитострикцион-ного сплава Рсо.^тСоол^Мо.мз 0113 составляет -'3,5 %.
Важной характеристикой материала является его удельное электрическое сопротивление. Электросопротивление непосредственно влияет на величину' Др/ро, которое, как принято считать, определяет качество магниторезистивного материала. На рис. 1.2 приведено удельное электрическое сопротивление для сплавов двух бинарных систем М-Ре и М-Со. Видно, что сопротивление у сплава М-Ре при повышении содержания N1 изменяется немонотонно. Резкий максимум в области - 30-35 ат.% N1 обусловлен новы-
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Содержание^
Рис. 1.1. Зависимости магниторезистивною отношение Др/ро от содержания N1 в сплаве №хРе(|_х) [25] и М1хСО(,_х> [26,27].
100
80
5 о • 60
1 40
2* 20
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Содержание^
Рис. 1.2. Зависимости удельного электрического сопротивления ро от содержания N1 в сплаве К]хРе(,_^ и №хСо(|_х> [23].