Издателям
Вышедшие номера
Магнитные свойства пленок нитрида железа, полученных реактивным магнетронным распылением
Чеботкевич Л.А.1, Воробьев Ю.Д.1, Писаренко И.В.1
1Дальневосточный государственный университет, Владивосток, Россия
Поступила в редакцию: 8 августа 1997 г.
Выставление онлайн: 19 марта 1998 г.

1. В последние годы направленная ионная имплантация азота в металлы становится эффективным методом формирования нитридов металлов при комнатной температуре. Добавки небольшого количества азота к пленкам на основе Fe делают их мелкокристаллическими, что существенно улучшает их магнитомягкие свойства, увеличивает индукцию насыщения Bs, улучшает сопротивление коррозии [1-5]. В настоящей работе исследовалась зависимость кристаллической структуры, индукции насыщения и коэрцитивной силы тонких (40 nm) пленок Fe--N от содержания азота в рабочей смеси Ar + N2, от давления рабочего газа и от температуры подложек Ts. 2. Пленки получались реактивным магнетронным распылением Fe-мишени в атмосфере смеси газов Ar + N2. Давление рабочей смеси газов в процессе напыления варьировалось от 1.3·10-4 до 1·10-2 Torr. Содержание азота в смеси Ar + N2 изменялось в интервале 0--20%. Пленки напылялись на стеклянные подложки и сколы NaCl. Ts при напылении изменялась от 20 до 300oC. [!b] Зависимость магнитной индукции Bs ( 1) и коэрцитивной силы Hc ( 2) пленок Fe--N от концентрации азота в рабочем газе. Температура подложек равна 20oC. Толщина пленок контролировалась по времени напыления. Bs измерялась на автоматизированном вибрационном магнитометре; коэрцитивная сила Hc определялась индукционным и магнитооптическим методами; структура пленок исследовалась методами просвечивающей электронной микроскопии и электронной микродифракции. 3. Исследования зависимости Bs и Hc от давления рабочего газа при различной CN в рабочей смеси показали, что максимальное значение Bs и минимальная величина Hc наблюдаются при P=2.3·10-4 Torr. [!b] Зависимость Bs ( 1) и Hc ( 2 ) пленок Fe--N от температуры подложек. Давление рабочего газа равно 2.3·10-4 Torr. Концентрация азота в рабочем газе составляет 10%. На рис. 1 приведена зависимость Bs и Hc пленок Fe--N, осажденных на подложки при комнатной температуре, от CN в рабочей смеси. Видно, что только при CN>10% Bs начинает уменьшаться. Иначе ведет себя Hc. Минимум Hc наблюдается в интервале CN 7--12% в рабочем газе. Уменьшение Bs при CN>10% обусловлено образованием немагнитной фазы. Как показали картины электронной микродифракции, при добавлении азота в рабочий газ появляются дифракционные кольца, принадлежащие различным фазам нитрида железа. Надежно идентифицирована только фаза Fe2N в пленках, полученных при CN<=15% в рабочем газе. Разделить ферромагнитные фазы (Fe16N2, Fe4N, Fe3N), образующиеся при малом содержании азота, не удалось из-за перекрытия дифракционных колец. Однако об образовании ферромагнитных фаз нитрида железа свидетельствует возрастание Bs при повышении Ts (кривая 1 на рис. 2). Уменьшение Hc (рис. 1) связано с уменьшением размера зерна от 7 nm (в чистом Fe) до 3--4 nm (в пленках Fe--N). Увеличение Hc при CN>10% обусловлено внутренними напряжениями и магнитостатическими полями образовавшихся фаз нитрида железа [6]. На электронно-микроскопических изображениях структуры пленок видны "складки-сборки", которые свидетельствуют о наличии внутренних напряжений. Деформация решетки фазы alpha-Fe возрастает с увеличением содержания азота и при CN=19% составляет 1.3%. Зависимость Bs и Hc от температуры подложки для пленок Fe--N, полученных при CN=10%, показана на рис. 2. При осаждении пленок на нагретые подложки Bs увеличивается и при Ts=300oC составляет 1.9 T. Увеличение Bs связано с образованием ферромагнитных фаз нитридов железа с индукцией, превышающей индукцию чистого железа. Поскольку образование химических соединений распыленных веществ возможно только на поверхности подложки, рост ее температуры способствует повышению реакционной способности компонент, увеличению относительного количества таких нитридных фаз в массе пленки и, следовательно, возрастанию магнитной индукции. С другой стороны, повышение Ts приводит к росту зерна и в конечном итоге к росту Hc. 4. Таким образом, пленки Fe--N, полученные реактивным магнетронным распылением, являются многофазными и содержат как ферромагнитные, так и немагнитные фазы. Нанокристаллические пленки Fe--N, осажденные при CN=10% в рабочем газе, имеют минимальное значение Hc. Повышение Ts в процессе конденсации позволяет получать пленки Fe--N с более высокой Bs, чем для пленок чистого Fe.
  • K. Terunuma, M. Miyazaki, H. Kowashima, K. Terazono. J. Magn. Soc. Jpn. 14, 257 (1990)
  • E. Ma, B.X. Liv, X. Chen, H.D. Li. Thin Solid Films 147, 49 (1987)
  • Y. Hoshi, M. Naoe, J. Appl. Phys. 69, 8, 5622 (1991)
  • M. Kume, T. Tsujioka, K. Matsuura et al. IEEE Trans. Magn. MAG-23. 3633 (1990)
  • С.Х. Карпенко. Зарубеж. электрон. 6, 3 (1993)
  • В.Э. Осуховский, Ю.Д. Воробьев, Л.А. Чеботкевич и др. ФММ, 3, 543 (1986)
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.