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 B_s, 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 T_s. 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. T_s при напылении изменялась от 20 до 300^oC. [!b] Зависимость магнитной индукции B_s ( 1) и коэрцитивной силы H_c ( 2) пленок Fe-N от концентрации азота в рабочем газе. Температура подложек равна 20^oC. Толщина пленок контролировалась по времени напыления. B_s измерялась на автоматизированном вибрационном магнитометре; коэрцитивная сила H_c определялась индукционным и магнитооптическим методами; структура пленок исследовалась методами просвечивающей электронной микроскопии и электронной микродифракции. 3. Исследования зависимости B_s и H_c от давления рабочего газа при различной C_N в рабочей смеси показали, что максимальное значение B_s и минимальная величина H_c наблюдаются при P=2.3·10^-4 Torr. [!b] Зависимость B_s ( 1) и H_c ( 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 B_s и H_c пленок Fe-N, осажденных на подложки при комнатной температуре, от C_N в рабочей смеси. Видно, что только при C_N>10% B_s начинает уменьшаться. Иначе ведет себя H_c. Минимум H_c наблюдается в интервале C_N 7-12% в рабочем газе. Уменьшение B_s при C_N>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 C_N<=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 B_s при повышении T_s (кривая 1 на рис. 2). Уменьшение H_c (рис. 1) связано с уменьшением размера зерна от 7 nm (в чистом Fe) до 3-4 nm (в пленках Fe-N). Увеличение H_c при C_N>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 C_N=19% составляет 1.3%. Зависимость B_s и H_c от температуры подложки для пленок Fe-N, полученных при C_N=10%, показана на рис. 2. При осаждении пленок на нагретые подложки B_s увеличивается и при T_s=300^oC составляет 1.9 T. Увеличение B_s 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 T_s приводит к росту зерна и в конечном итоге к росту H_c. 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 C_N=10% в рабочем газе, имеют минимальное значение H_c. Повышение T_s в процессе конденсации позволяет получать пленки Fe-N с более высокой B_s, чем для пленок чистого Fe.

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.