Структура, електропровідність та магніторезистивні властивості нанокристалічних плівкових систем на основі Co, FeNi, Cu та Ag

Размещено на http://www.allbest.ru/

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 539.216:544.003.26

01.04.07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

СТРУКТУРА, ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ ТА МАГНІТОРЕЗИСТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОКРИСТАЛІЧНИХ ПЛІВКОВИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ Co, FeNi, Cu ТА Ag

Шкурдода Юрій Олексійович

Суми - 2008



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Сумському державному педагогічному університеті ім. А.С. Макаренка Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат фізико-математичних наук, доцент Лобода Валерій Борисович, доцент кафедри фізики СумДПУ ім. А.С. Макаренка (м. Суми).

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Равлік Анатолій Георгійович, професор кафедри фізики металів та напівпровідників Харківського національного технічного університету “ХПІ” (м. Харків);

доктор фізико-математичних наук, професор Погребняк Олександр Дмитрович, директор Сумського інституту модифікації поверхні, зав. відділу №50 Інституту металофізики НАН України (м. Суми).

Захист відбудеться "24" жовтня 2008 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 55.051.02 у Сумському державному університеті за адресою: 40007, м. Суми, вул. Р.-Корсакова, 2, корпус ЕТ, ауд. 236.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Сумського державного університету.

Автореферат розісланий "19" вересня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.С. Опанасюк



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження штучно синтезованих надструктур - один із найважливіших напрямів сучасної фізики твердого тіла. До таких надструктур належать і одержувані за допомогою новітніх технологій мультишари - періодичні системи, що складаються із почергово нанесених шарів різних матеріалів. Інтерес до дослідження багатошарових плівок пов'язаний з тим, що вони можуть мати властивості, які не реалізуються в однорідних плівкових провідниках. Поглиблене вивчення фізичних властивостей нанокристалічних плівкових систем дає можливість отримати важливу інформацію, необхідну для розв'язання фундаментальних проблем фізики твердого тіла, та стимулює розвиток мікро- і оптоелектроніки, спінтроніки та інших галузей сучасної науки і техніки.

Основною особливістю електронного транспорту в багатошарових плівках порівняно з одношаровими є взаємодія носіїв заряду із внутрішніми межами шарів. Незважаючи на велику кількість експериментальних та теоретичних досліджень у цій галузі, ряд фундаментальних питань залишаються до кінця не з'ясованими. Так, існує необхідність у розробці та апробації теоретичних моделей розмірного ефекту в електропровідності багатошарових плівок, які б коректно враховували розсіювання носіїв заряду на межах зерен і поділу шарів та задовільно відповідали експерименту. На момент поставлення задачі остаточно не було встановлено, який з механізмів є домінуючим при формуванні амплітуди ефекту гігантського магнітоопору (ГМО). Поряд з цим потребує встановлення взаємозв'язку електрофізичних і магніторезистивних властивостей, з одного боку, та дифузійних процесів і фазоутворення - з іншого.

Отже, існує очевидний науковий та практичний інтерес до фундаментальної проблеми фізики тонких плівок, яка пов'язана із комплексним дослідженням кристалічної структури, фазового складу, розмірної і температурної залежності повздовжнього та поперечного магнітоопору (МО), електроопору і термічного коефіцієнта опору (ТКО) магнітних та немагнітних тришарових плівок. Це відкриває широкі можливості для прогнозування поведінки електрофізичних та магніторезистивних властивостей багатошарових плівок зі зміною товщини шарів металу, структури, температури і величини зовнішнього магнітного поля. магніторезистивний температура опір плівковий

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дослідження проводилися частково у рамках держбюджетних тем № 0104U000637 “Структура та фізичні властивості плівкових матеріалів з гігантським магнітоопором” (2004-2006 рр.) та № 0107U002245 “Дослідження явища гігантського магнітоопору у багатошарових плівкових зразках” (2007-2009 рр.) Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає у встановленні загальних закономірностей впливу температури і розмірних ефектів на електро- та магніторезистивні властивості тришарових плівкових систем та виявлення впливу на питомий опір, температурний коефіцієнт опору і гігантський магнітоопір елементного складу та структурно-фазового стану плівкових зразків.

У зв'язку з цим у роботі необхідно було вирішити такі наукові задачі:

одержання тришарових плівкових структур Со/Cu(Ag)/Co/П, FeNi/Cu(Ag)/FeNi/П та FeNi/Cu(Ag)/Co/П (П - підкладка);

дослідження структурних характеристик та фазового складу свіжосконденсованих та термостабілізованих плівкових зразків;

моделювання розмірних залежностей питомого опору та магнітоопору тришарових полікристалічних плівок;

проведення апробації теоретичної моделі Р. Дімміха та макроскопічної моделі для ТКО тришарових плівок, а також моделей на основі модифікованої теорії Маядаса і Шатцкеса;

дослідження дифузійних процесів у тришарових системах Со/Cu/Co та Со/Ag/Co;

встановлення закономірностей у польових залежностях анізотропного та гігантського магнітоопору для невідпалених та відпалених при різних температурах тришарових плівок із різною товщиною магнітних та немагнітних шарів;

встановлення особливостей взаємозв'язку структурно-фазового стану тришарових плівок та їх електро- і магніторезистивних властивостей.

Об'єкт дослідження - польові, розмірні та температурні ефекти у електрофізичних і магніторезистивних властивостях тришарових плівкових систем в умовах взаємної дифузії атомів та фазоутворення.

Предмет дослідження - електрофізичні (питомий опір і ТКО), магніторезистивні (МО і ГМО) та магнітні (поле насичення та коерцитивна сила) властивості тришарових нанокристалічних систем Co/Cu(Ag)/Co, FeNi/Cu(Ag)/FeNi, FeNi/Cu(Ag)/Со в інтервалі товщин магнітних шарів dF = (10-50) нм та немагнітних dN = (1-50) нм в інтервалі температур (100-700) К.

Для реалізації поставлених задач використовувалися такі методи отримання та експериментального дослідження зразків: вакуумна пошарова конденсація металів та сплаву пермалой 50Н термічним і електронно-променевим способами з незалежних джерел; метод резистометрії в умовах надвисокого безмасляного вакууму (10-6-10-7 Па) та впливу зовнішніх температурних і магнітних полів; електронна мікроскопія та електронографія; рентгеноспектральний мікроаналіз; вторинно-іонна мас-спектрометрія, методи теоретичного аналізу і узагальнення результатів.

Наукова новизна отриманих результатів. Проведене у дисертаційній роботі комплексне і систематичне дослідження кристалічної структури, фазового й елементного складу, електро- та магніторезистивних властивостей тришарових плівок дозволило встановити наступні закономірності:

Вивчені фазовий склад та кристалічна структура невідпалених та термостабілізованих тришарових систем і встановлено:

виявлено, що невідпалена плівкова система на основі сплаву FeNi і Cu або Ag складається із ГЦК-FeNi (а = 0,357-0,358 нм), ГЦК-Cu (а = 0,360-0,362 нм) або ГЦК-Ag (а = 0,408-0,409 нм) відповідно;

для системи FeNi/Cu/FeNi, яка пройшла термообробку при температурі 700 К, спостерігається утворення ГЦК твердого розчину (т.р.) (FeNi, Cu) з параметром решітки а = 0,359-0,361 нм, а для системи FeNi/Ag/FeNi зміна фазового складу електронографічно не фіксується.

Встановлено, що залежність питомого опору від товщини прошарку тришарових плівок відрізняється від розмірної залежності для одношарових полікристалічних плівок:

уперше теоретично показано, що в області малих значень відношення товщини прошарку до товщини базового шару (d2/d1) величина питомого опору визначається характером взаємодії носіїв заряду із зовнішніми межами та інтерфейсами провідника; зі зростанням товщини прошарку, коли d2 ~ d1, на залежності с(d2/d1) виникає максимум, який зумовлений дифузним розсіянням електронів межами шарів;

показано, що експериментальні значення питомого опору плівок узгоджуються з розрахованими на основі запропонованої моделі з точністю до 20%;

уперше запропоновано співвідношення для теоретичного розрахунку ТКО трикомпонентних плівкових сплавів та проведена його апробація для сплавів FeNiCu; показано, що розходження між розрахунковими та експериментальними результатами становить величину до 30%, що дозволяє говорити про можливість застосування даного співвідношення для оцінки величини ТКО трикомпонентного сплаву.

Встановлені закономірності польових залежностей магнітоопору:

для всіх досліджених невідпалених тришарових систем з немагнітним прошарком ефективною товщиною менше 2 нм спостерігається анізотропний магнітоопір (АМО), величина якого не перевищує 0,2%;

при збільшенні товщини немагнітного прошарку до 3-15 нм в усіх досліджуваних системах реалізується ефект ГМО. Максимальне значення ефекту (1,2%) для невідпалених плівок спостерігається для системи Со/Cu/Cо при однакових товщинах магнітних шарів і товщині прошарку 3 нм, що відповідає результатам числового розрахунку.

Встановлено вплив термомагнітної обробки на вид польових залежностей магнітоопору та величину магнітоопору тришарових плівок:

уперше показано, що при термомагнітному відпалюванні для всіх систем, за винятком Со/Cu/Cо, спостерігається перехід від ГМО до АМО. Для системи Со/Cu/Cо даний перехід не спостерігається, і амплітуда ефекту ГМО зростає до 4% при кімнатній температурі для плівок, відпалених при температурі 700 К;

уперше показано, що для одношарових плівок кобальту та тришарових на основі Со з АМО спостерігається максимум на залежності МО від Т при температурі, нижчій за кімнатну. Для систем з ефектом ГМО зазначений максимум не спостерігається, а амплітуда ефекту збільшується в 1,5-2 рази при зниженні температури від кімнатної до 150 К (до 7% для системи Со/Cu/Cо);

встановлено, що залежність ГМО від товщини немагнітного прошарку для тришарових плівок має немонотонний характер. У досліджуваних структурах інтервал оптимальних товщин немагнітного прошарку становить 3_7 нм.

Практичне значення отриманих результатів. Фундаментальне значення отриманих у роботі результатів полягає в подальшому розвитку уявлень про вплив структурно-фазового стану, елементного складу та температури обробки на ефект гігантського магнітоопору в тришарових плівкових системах. Запропоновані теоретичні моделі електропровідності та ГМО дають можливість кращого розуміння особливостей електронного транспорту в полікристалічних мультишарових магнітних плівках порівняно з масивними провідниками. Проведені дослідження дозволяють отримати додаткову інформацію про особливості спін-залежного розсіювання електронів провідності у мультишарових плівках, а також доповнити розвинуті уявлення про природу гігантського магнітоопору.

Практичне значення дослідження полягає в тому, що отримані у роботі систематичні дані щодо фазового стану, кристалічної структури, електрофізичних та магнітних властивостей плівкових систем з ГМО можуть бути використані у плівковому матеріалознавстві, металофізиці, мікро- і наноелектроніці. Зокрема, отримані результати дослідження впливу відпалювання на величину ГМО мають важливе прикладне значення і можуть бути використані при розробці технологічних процесів одержання тонкоплівкових елементів з поліпшеними параметрами.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає у самостійному пошуку та аналізі літературних джерел, що стосуються дисертаційного дослідження. Поставлення мети і задач дослідження, вибір експериментальних методик і обговорення отриманих результатів проводилися разом із науковим керівником доцентом В.Б. Лободою. Автором особисто проводились отримання плівкових зразків, дослідження їх електрофізичних та магніторезистивних властивостей, фазового складу і кристалічної структури, обробка експериментальних результатів. Дослідження елементного складу методом вторинної іонної мас-спектрометрії проводилися при консультаціях з доцентом А.І. Салтиковою. Теоретичні розрахунки проводилися разом із доцентом кафедри фізики Харківського технічного університету будівництва та архітектури Л.В. Дехтяруком. Особисто автором підготовлені статті [3-5] та окремі розділи в роботах [1, 2, 6, 7]. Основна частина результатів представлялась автором на конференціях та семінарах.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на таких наукових конференціях і семінарах: Х та ХІ Міжнародних конференціях “Фізика і технології тонких плівок” (Івано-Франківськ, 2005, 2007 рр.); Міжнародній конференції “Нанорозмірні системи” (Київ, 2007 р.); Міжнародній конференції студентів і молодих учених з теоретичної та експериментальної фізики “ЕВРИКА” (Львів, 2006, 2007 рр.); науково-технічних конференціях викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету Сумського держуніверситету (Суми, 2004, 2006-2007 рр.).

Публікації. Основні матеріали дисертації відображені у 18 публікаціях (назви 15 подані у списку опублікованих робіт в авторефераті), із них 7 статей опубліковані у виданнях, які входять до переліку ВАК України.

Структура та зміст роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 163 сторінки, у тому числі 56 рисунків і 12 таблиць. Список використаних джерел містить 196 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, визначені об'єкт та предмет дослідження, розкриті наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, наведені відомості про апробацію роботи та структуру дисертації.

У першому розділі ”Фізичні властивості багатошарових плівкових систем”, який являє собою літературний огляд, спочатку коротко наведені дані щодо структурно-фазового складу одношарових металевих плівок Co, Cu, Ag та плівкових систем на їх основі. У зв'язку з поліморфізмом кобальту в масивному стані проаналізовано питання про фазовий розмірний ефект для двошарової металевої плівкової системи Co/Cu. Далі проведено аналіз літературних даних стосовно електропровідності багатошарових плівкових систем. Акцентовано увагу на тому, що основною особливістю розмірного ефекту в електрофізичних властивостях багатошарових плівок порівняно з одношаровими є взаємодія носіїв заряду з межами поділу окремих шарів, які суттєво впливають на величини електропровідності та термічного коефіцієнта опору. Отримані загальні аналітичні вирази для термічного коефіцієнта опору та питомої провідності мають досить громіздкий вигляд, що не дозволяє провести їх пряму експериментальну перевірку, тому відмічено той факт, що є потреба у подальшому розробленні та апробації теоретичних моделей електропровідності тришарових плівок.

Оскільки електрофізичні властивості тонких металевих плівок значною мірою визначаються розмірними (зовнішні та внутрішні) ефектами, у літературному огляді наведені співвідношення для термічного коефіцієнта опору тришарових плівок згідно з Дімміхом та макроскопічною моделлю.

Представлено також аналіз літературних даних стосовно дослідження явища гігантського магнітоопору в три- та багатошарових плівкових системах. На основі аналізу теоретичних та експериментальних робіт з дослідження гігантського магнітоопору в гетерогенних матеріалах і багатошарових плівках виділено три напрями досліджень основних його властивостей. Наприкінці першого розділу наведені дані щодо теоретичних моделей ГМО.

Другий розділ ”Методика і техніка експерименту” містить інформацію про методику отримання плівкових зразків, методи проведення досліджень їх елементного і фазового складу, кристалічної структури, електрофізичних і магніторезистивних властивостей.

Тришарові плівкові системи з товщинами шарів (1-50) нм отримували у вакуумній камері установки ВУП-5 при тиску газів залишкової атмосфери 10-4 Па. Почергова конденсація плівок здійснювалася в результаті випаровування металів чистотою не менше 99,98% з незалежних джерел (Сu, Ag - з вольфрамової стрічки, Co та FeNi - з електронно-променевої гармати). Конденсація плівок проводилася при кімнатній температурі підкладки зі швидкістю щ = (0,5-1) нм/с залежно від режимів випаровування. Для дослідження електро- та магніторезистивних властивостей за підкладки брали поліровані скляні пластини з попередньо нанесеними контактними площадками; для структурно-фазових досліджень як підкладки використовували монокристали NaCl (KBr) та вуглецеві плівки.

Конструкція виготовленого нами підкладкотримача дозволяла отримувати за один технологічний цикл два плівкові зразки з різною товщиною немагнітного прошарку та з близькими товщинами феромагнітних шарів. Геометричні розміри плівок для вимірювання їх електричного опору задавалися вікнами, виготовленими з високою точністю у механічних масках з ніхромової фольги.

Товщина плівок вимірювалася за допомогою мікроінтерферометра МІІ-4 з лазерним джерелом світла та комп'ютерною системою реєстрації інтерференційної картини, що дозволяло підвищити точність вимірювань, особливо в області товщин d < 50 нм.

Після конденсації плівки витримувалися при температурі підкладки протягом 30 хв. Термостабілізація фізичних властивостей зразків та дослідження залежностей їх електричного опору від температури здійснювалися за схемою «нагрівання-охолодження» з постійною швидкістю (2-3) К/хв у інтервалі температур (300-700) К. Похибка при знаходженні питомого опору () визначалася в основному похибкою вимірювання товщини плівки: 10-15% при d < 50 нм і 5-10% при d > 50 нм. Оскільки при дослідженні магнітоопору вимірюється безпосередньо величина електроопору зразка, а не його питомий опір, то похибка цих вимірювань становить 0,02%.

Структурно-фазові дослідження зразків проводилися за допомогою просвічуючих електронних мікроскопів ЕМ-125, ПЕМ-100-01 та електронографа. Дослідження елементного складу плівок проводилися методом рентгеноспектрального мікроаналізу (растровий електронний мікроскоп РЕМ-103-01 з приставкою ЕДС) та методом вторинно-іонної мас-спектрометрії (вторинно-іонний мас-спектрометр МС-7201М).

Вимірювання магнітоопору та термомагнітна обробка плівок проводились у спеціально виготовленій нами установці (рис. 1) в умовах надвисокого безмасляного вакууму (10-6-10-7) Па у постійному магнітному полі напруженістю до Н = 150 кА/м.

Третій розділ ”Кристалічна структура та фазовий склад тришарових плівок” складається з двох підрозділів. У першому підрозділі наводяться результати вивчення фазового складу та кристалічної структури тришарових плівкових систем. Результати обробки електронограм невідпалених плівок Co/Cu/Co свідчать про наявність фаз ГЦК-Cu, ГЩП-Co та, можливо, фази ГЦК-Co (рис. 2 б). Лінії, що належать фазам ГЦК-Cu і ГЦК-Cо, для невідпалених плівок електронографічно не розділяються. Тому із впевненістю сказати, що лінії на електронограмі належать саме ГЦК-фазі Со, не вдається, оскільки їх можна віднести і до ГЦК-Cu. Після відпалювання при температурі 700 К у плівках Co/Cu/Co наявні фази ГЩП-Co, ГЦК-Co та ГЦК-Cu (рис. 2 г). Параметри решіток ГЩП-Со, ГЦК-Со та ГЦК-Cu для відпалених плівок добре узгоджуються з відповідними параметрами Со і Cu у масивному стані (ГЩП-Со: а0 = 0,2514 нм, с0 = 0,4105 нм; ГЦК-Со: а0 = 0,3554 нм; ГЦК-Cu: а0 = 0,3615 нм). На електронограмах невідпалених плівок Co/Ag/Co спостерігаються кільця, що належать ГЩП-фазі Со та ГЦК-фазі Ag (рис. 2 е). Параметри решіток для ГЩП-Со (а = 0,251-0,252 нм, с = 0,410-0,412 нм) та ГЦК-Ag (а = 0,408-0,409 нм) добре узгоджуються з відповідними параметрами для масивного Со та Аg (а0 = 0,4087 нм). Після відпалювання при температурі 700 К з'являються лінії (200), (311) ГЦК-Со (рис. 2 ж). Дослідження фазового складу плівок FeNi/Cu/FeNi показало, що у свіжосконденсованих плівках спостерігається ГЦК-фаза з параметром решітки а = 0,359-0,361 нм. Після відпалювання в цій плівковій системі утворюється т.р. (FeNi, Сu).

На електронограмах плівок FeNi/Ag/FeNi спостерігаються лінії, що належать фазі ГЦК-Ag з параметром решітки а = 0,4085-0,4095 нм і ГЦК-фазі сплаву FeNi. Після відпалювання зміна фазового складу для даної системи електронографічно не фіксується.

На електронограмах невідпалених плівок FeNi/Cu/Co внаслідок дрібнодисперсної структури і близьких міжплощинних відстаней FeNi та Cu спостерігаються розмиті кільця, що належать ГЦК-фазі з параметром решітки а = 0,355-0,360 нм. Внаслідок великої розмитості ліній, що належать ГЦК-фазам FeNi і Cu, не можна із впевненістю говорити про двофазний склад Со. Лінії, що належать ГЩП-Со, практично не спостерігаються. Після відпалювання даних систем у них спостерігаються фази ГЦК-т.р. (FeNi, Cu) та ГЦК-Со. Для невідпалених плівок FeNi/Ag/Co спостерігаються фази ГЦК-FeNi, ГЦК-Ag та ГЩП-Со, після відпалювання спостерігаються ті самі фази.

У всіх невідпалених зразках середній розмір кристалітів не перевищує 10 нм, відпалювання при 700 К приводить до збільшення розміру зерна у 5-20 разів залежно від товщини та виду шарів.

У другому підрозділі наведені результати дослідження дифузійних процесів у тришарових плівках Co/Cu/Co та Co/Ag/Co. Результати пошарового аналізу компонентів тришарових систем за допомогою ВІМС показали, що невідпалені зразки мають незначну область взаємної дифузії. Термообробка зразків при 700 К призводить до незначного подальшого проникнення атомів у сусідні шари, однак у цілому системи залишаються тришаровими.

Четвертий розділ ”Провідність тришарових полікристалічних плівок” присвячений теоретичному та експериментальному дослідженню розмірної залежності питомої провідності (опору) тришарових плівок, яка у рамках модифікованої моделі Маядаса і Шатцкеса має вигляд

, (1)

де у0m - провідність масивного металу (dm>) час релаксації в якому 0m; d - загальна товщина тришарової плівки; dm - товщина m-го шару металу; Фm - розмірні функції, які визначають вплив розмірів металу на провідність тришарової плівки.

У разі, коли товщина шарів металу значно більша за довжину вільного пробігу носіїв заряду (dm >> lm), а шари металу мають крупнозернисту структуру, то функції Фm наближено можна представити наступним чином:

j = 1, 3, (2)

(3)

де q і P - ймовірності дзеркального розсіювання електронів на зовнішніх поверхнях та інтерфейсах зразка; Q - ймовірність проходження носія заряду у сусідній шар металу без розсіювання так, що Р + Q 1; - зерномежовий параметр; Lm - середня ширина зерна у площині m-го шару, Rm - ймовірність дифузного розсіювання на межі зерна.

З використанням наближених співвідношень (2) і (3) було проведено порівняння експериментальних та розрахункових значень питомого опору тришарових плівок, яке показало, що вони узгоджувалися з точністю до 20%.

Встановлено, що при зростанні товщини прошарку, коли d2 ~ d1, на залежності с(d2/d1) виникає максимум (рис. 3), зумовлений дифузним розсіянням електронів межами шарів. Зі зростанням дзеркального проходження носіїв заряду у сусідні шари металу максимум вироджується.

Проведені розрахунки термічного коефіцієнта опору згідно з теорією Дімміха та макроскопічною моделлю для тришарових плівкових систем дозволили встановити загальні закономірності розмірного ефекту термічного коефіцієнта опору. Про ступінь відповідності експериментальних і розрахункових даних для плівок Co/Cu/Co можна робити висновок з таблиці 1. З наведених у ній результатів видно, що при збільшенні товщини прошарку для плівок із відносно тонкими шарами Со (dСо < 30 нм) величина збільшується. Для плівок із dСо > 40 нм при збільшенні товщини прошарку величина зменшується. Як бачимо, експериментальні та розрахункові дані узгоджуються лише якісно. Це свідчить про те, що поряд із розмірними ефектами мають місце й інші явища, які спричиняють невідповідність розрахункових та експериментальних значень.

Таблиця 1 - Експериментальні та розрахункові (за співвідношеннями макроскопічної моделі (ММ) та моделі Дімміха (МД)) значення для термостабілізованих при 700 К тришарових плівок Co/Cu/Co

№	Товщина, нм	103, К-1	, %
	d	d1	d2	d3	експ.	ММ	МД
1	85	40	5	40	2,2	2,5	2	14,9
2	90	40	10	40	1,85	2,3	1,8	25,3
3	95	40	15	40	1,75	2,1	1,7	20,3
4	100	40	20	40	1,6	2	1,65	25,21
5	105	40	25	40	1,6	1,9	1,6	18,0
6	110	40	30	40	1,55	1,8	1,6	16,3
7	115	40	35	40	1,55	1,75	1,6	14,10
8	120	40	40	40	1,5	1,7	1,55	14,10
9	125	40	45	40	1,5	1,7	1,55	14,10
10	130	40	50	40	1,5	1,65	1,55	10,7
11	50	20	10	20	0,6	0,4	0,7	33,16
12	55	20	15	20	0,8	0,6	0,7	25,12
13	60	20	20	20	1	0,8	0,75	20,25
14	65	20	25	20	1,2	1	0,8	16,33
15	70	20	30	20	1,3	1,1	0,85	15,34

У зв'язку з утворенням трикомпонентного твердого розчину в системі на основі пермалою та міді, за аналогією до простого співвідношення для бінарних сплавів нами було запропоноване співвідношення для розрахунку величини ТКО трикомпонентного сплаву

, (4)

де сі, і, і (i = 1, 2, 3) - концентрація, термічний коефіцієнт опору та питомий опір плівок компонент сплаву відповідно.

Порівняння експериментальних та розрахованих за співвідношенням (4) значень для трикомпонентного сплаву на основі Fe, Ni та Cu показує їх відповідність з точністю до 30%.

П'ятий розділ ”Магнітоопір одно- та тришарових плівок” містить шість підрозділів та охоплює коло питань, пов'язаних з теоретичними та експериментальними дослідженнями ефекту ГМО у полікристалічних тришарових плівках. У першому підрозділі наводяться результати дослідження величини ГМО (д), отримані числовим розрахунком. Вони ілюструють залежність амплітуди ефекту ГМО від відношення товщин магнітних шарів d2/d1 при різних значеннях параметрів, що характеризують тришарову плівку. Отримані залежності показують, що в області малих та великих значень d2/d1 ефект ГМО практично відсутній внаслідок шунтування струму базовим шаром товщиною d1 (якщо ) або верхнім шаром товщиною d2 (якщо ). Наявність максимуму на розмірній залежності дAP(d2/d1) обумовлено конкуренцією об'ємного і поверхневого розсіювання, а сам ефект спричинений асиметрією спін-залежного розсіювання електронів на межах зерен. З „включенням” об'ємного спін-залежного розсіювання носіїв заряду амплітуда ефекту збільшується. Тому можна зробити висновок, що його рівень визначається суперпозицією механізмів спін-залежного розсіювання електронів. Величина ефекту також збільшується зі збільшенням ступеня дзеркальності зовнішніх меж сандвіча, оскільки електрони, дзеркально відбившись від межі, залишаються ефективними внаслідок того, що носії заряду не втрачають „пам'яті” про свій спін.

У другому підрозділі наведені результати апробації теоретичної моделі ГМО. Експериментальні дослідження показали, що максимальне значення ГМО (1,2%) для невідпалених плівок Со/Cu/Cо/П спостерігається при однакових товщинах магнітних шарів і товщині прошарку 3 нм, що узгоджується з результатами числового розрахунку.

У третьому підрозділі подані результати досліджень магнітоопору невідпалених одно- та тришарових плівкових систем. Для всіх досліджуваних систем з ефективною товщиною немагнітного прошарку до 2 нм спостерігається позитивний повздовжній магніторезистивний ефект (опір збільшується при прикладенні зовнішнього магнітного поля), що є ознакою звичайного анізотропного магнітоопору, властивого однорідним феромагнітним матеріалам (рис. 4 а, б). Для невідпалених плівок з товщиною dCu = 3-15 нм (рис. 4 в, г) спостерігається тільки зменшення електроопору незалежно від напрямку прикладеного магнітного поля, струму та орієнтації зразка (відсутність анізотропії магнітоопору). Таким чином, у даних тришарових плівках реалізується ефект гігантського магнітоопору. При охолодженні зразків до 150 К (рис. 4 в) вид петель гістерезису магніторезистивного ефекту практично не змінюється (незалежно від товщини шарів). Спостерігаються тільки збільшення ефекту ГМО і зміщення піків на залежності (R/R0)(Н) в область більш сильних полів.

У четвертому підрозділі наведені результати дослідження впливу відпалювання на ефект ГМО. Як показують рeзультати експериментальних досліджень (рис. 5), характер поведінки магнітоопору і його величина для тришарових плівок Со/Cu/Co визначаються товщиною немагнітного шару. Також слід зазначити, що тільки для цієї системи при dCu 5 нм не спостерігається переходу ГМО до анізотропного магнітоопору навіть після відпалювання зразків при 700 К. Максимальне значення ГМО (4% при кімнатній температурі) було отримано для плівок відпалених при 700 К, що також є характерною особливістю для системи Со/Cu/Co. Збільшення величини ГМО у плівках з відносно товстими мідними прошарками (dCu 5 нм), можливо, пов'язане з розшаруванням кобальту та міді на межі поділу шарів, що спричиняє утворення більш гладкої межі поділу і зменшення величини флуктуацій товщини мідного прошарку. Для всіх інших досліджуваних систем спостерігається перехід від гігантського магнітоопору до анізотропного. Причиною цього переходу є порушення неперервності немагнітного прошарку.

У п'ятому підрозділі подані результати дослідження залежності амплітуди магніторезистивного ефекту від температури (рис. 6). Для плівок Со/Cu/Со та Со/Ag/Со, як невідпалених, так і відпалених при 700 К з товщиною мідного прошарку до 2 нм (плівки з анізотропним магнітоопором), спостерігається максимум на температурній залежності повздовжнього магнітоопору при температурі, нижчій за кімнатну. Для тришарових плівок з ГМО спостерігається тільки зменшення амплітуди ефекту при підвищенні температури, пов'язане з розсіянням електронів на фононах (особливо в немагнітному прошарку), що приводить до зменшення ролі процесів спін-залежного розсіювання.

У шостому підрозділі наведені результати дослідження впливу товщини немагнітного прошарку на амплітуду ефекту ГМО. У випадку плівкових систем Со/Cu(Ag)/Со та FeNi/Cu(Ag)/FeNi ця залежність має два максимуми. У досліджених нами структурах область оптимальних товщин немагнітного прошарку становила 3-7 нм.

У висновках подано перелік та стислу характеристику основних результатів роботи.



ВИСНОВКИ

У результаті проведеного в дисертаційній роботі комплексного та систематичного дослідження структурно-фазового стану, електро- і магніторезистивних властивостей тришарових плівок в інтервалі товщин магнітних шарів dF = (10-50) нм та немагнітних прошарків dN = (1-50) нм були сформульовані такі узагальнюючі висновки:

Вивчення структурно-фазового складу тришарових плівок методами електронографії, вторинно-іонної мас-спектрометрії і просвічуючої електронної мікроскопії дозволило встановити наступне:

показано, що всі невідпалені тришарові плівки є полікристалічними з малим розміром зерна (~ 10 нм); свіжосконденсовані плівкові системи на основі Со, Cu або Ag складаються із ГЩП-Со, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно; системи на основі FeNi, Cu або Ag - ГЦК-FeNi, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно, параметри решіток добре узгоджуються з відповідними параметрами для масивних металів, немагнітні прошарки з ефективною товщиною dCu 2 нм і dAg 4 нм є структурно-суцільними;

відпалювання при Т = 700 К приводить до збільшення розміру зерна у 5-20 разів залежно від товщини та виду шарів; для систем на основі Со, Cu або Ag, відпалених при 700 К і при подальшому охолодженні до 300 К, фіксується поява ГЦК-Со, зміна параметрів решітки електронографічно не фіксується; для системи FeNi/Cu/FeNi спостерігається утворення твердого розчину, а для системи FeNi/Ag/FeNi зміна фазового складу електронографічно не фіксується.

2. Числове значення питомого опору тришарових полікристалічних плівок в області малих значень d2/d1 визначається характером взаємодії носіїв заряду із зовнішніми границями та інтерфейсами провідника. Зі зростанням товщини прошарку так, що d2 d1 на залежності (d2/d1) виникає максимум, який зумовлений дифузним розсіянням електронів границями шарів. Апробація отриманих аналітичних співвідношень показала, що експериментальні дані узгоджуються з розрахунковими з точністю до 20%.

Встановлено, що із зростанням товщини прошарку значення ТКО тришарових плівок зростає (якщо d1 = d3 = const 30 нм) або зменшується (якщо d1 = d3 = const 50 нм), у той час як в одношарових плівках ТКО зі збільшенням товщини тільки збільшується.

4. Експериментально показано, що при товщинах прошарку (3-15 нм) в усіх досліджуваних системах реалізується ефект ГМО. Максимальне значення ГМО (1,2%) для невідпалених плівок спостерігається для системи Со/Cu/Cо при однакових товщинах магнітних шарів і товщині прошарку 3 нм, що відповідає результатам числового розрахунку.

Вивчення впливу термомагнітної обробки на магніторезистивний ефект тришарових плівок дозволило встановити такі закономірності:

при термомагнітному відпалюванні для всіх систем за винятком Со/Cu/Cо спостерігається перехід від ГМО до АМО;

для системи Со/Cu/Cо згаданий перехід не спостерігається, а амплітуда ефекту зростає до 4% при кімнатній температурі для плівок, відпалених при температурі 700 К;

зниження температури вимірювання від кімнатної до 150 К приводить до збільшення амплітуди ефекту гігантського магнітоопору у 1,5-2 рази;

залежність величини ГМО від ефективної товщини немагнітного прошарку для симетричних систем має два максимуми, інтервал оптимальних ефективних товщин становить 3-7 нм.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шкурдода Ю.О., Лобода В.Б., Дехтярук Л.В. Питома провідність тришарових полікристалічних плівок // Металлофиз. и новейшие технол. - 2008. - Т.30, №3. - С. 295-309.

2. Yu.A. Shkurdoda, L.V. Dekhtyaruk, V.B. Loboda. The effect of giant magnetoresistance in Co/Cu/Co structure // Functional materials. - 2008. - V. 15, № 1. - P. 38-45.

3. V.B. Loboda, Yu.A. Shkurdoda, V.A. Kravchenko. Structure and magnetoresistance of freshly condensed three-layer FeNi/Cu(Ag)/FeNi films // Functional materials. - 2007. - V. 14, № 1. - P. 37-41.

4. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Кравченко В.А. Влияние отжига на структуру, магнитосопротивление и магнитные параметры трехслойных пленок на основе пермаллоя 50Н // Металлофиз. и новейшие технол. - 2007.- Т. 29, № 9. - С. 1209-1220.

5. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Кравченко В.А. Магнитосопротивление трехслойных структур NiFe/Cu(Ag)/Со // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. - 2007. - № 2. - С. 67-73.

6. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Пирогова С.Н. Структура и гальваномагнитные свойства трехслойных пленок Co/Cu/Co // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. - 2004. - № 8(67). - С. 107-115.

7. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Пирогова С.Н. Магнитосопротивление трехслойных пленок Co/Cu/Co в температурном интервале 150-700 К // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. - 2004. - № 10(69). - С. 212-218.

8. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Донченко В.І. Гальваномагнітні властивості тришарових плівкових систем Со/Сu/Co // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 15-30 квітня 2004 р. - Суми: СумДУ, 2004. - С. 117-119.

9. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А. Температурная зависимость магнитосопротивления пленок Co/Ag/Co // Фізика і технологія тонких плівок: Матеріали Х Міжнародної конференції, 16-21 травня 2005 р. - Івано-Франківськ: Гостинець, 2005. - С. 374-375.

10. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О. Магнітоопір тришарових плівкових систем NiFe/Cu/Co // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 25-30 квітня 2006 р. - Суми: СумДУ, 2006. - С. 10-12.

11. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Особливості магнітоопору в тришарових плівкових системах на основі пермалою 50Н // ЕВРИКА-2006: Матеріали Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики, 15-17 травня 2006 р. - Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2006. - С. 69.

12. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Вплив відпалювання на магнітоопір тришарових плівок Со/Cu(Ag)/Со // Фізика і технологія тонких плівок та наносистем: Матеріали ХІ Міжнародної конференції, 7-12 травня 2007 р. - Івано-Франківськ: ЦІТ ПНУ ім. Василя Стефаника, 2007. - С. 106-107.

13. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Салтикова А.І. Дифузійні процеси в тришарових плівкових системах // Еврика-2007: Матеріали Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики, 22-24 травня 2007 р. - Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2007. - С. B19.

14. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О. Електро- та магніторезистивні властивості тришарових плівок NiFe/Cu/NiFe // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 21-13 квітня 2008 р. - Суми: СумДУ, 2008. - С. 128-129.

15. Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Магнітоопір тришарових плівок Co/Ag/Co у температурному інтервалі 150-700 К // Нанорозмірні системи: будова, властивості, технології: Матеріали Міжнародної конференції, 21-23 листопада 2007 р. - Київ: ТОВ НВК ”Комункомплекс”, 2007. - С. 401.



АНОТАЦІЯ

Шкурдода Ю.О. Структура, електропровідність та магніторезистивні властивості нанокристалічних плівкових систем на основі Co, FeNi, Cu та Ag. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Сумський державний університет, Суми, 2008.

Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структурно-фазового стану, поведінки електрофізичних (питомий опір і ТКО) та магніторезистивних (магнітоопір) властивостей тришарових плівок на основі Co, FeNi, Cu та Ag в інтервалі товщин d = (1-50) нм та температур Т = (150-700) К.

Показано, що всі невідпалені тришарові плівки є полікристалічними з малим розміром зерна (~ 10 нм). Свіжосконденсовані плівкові системи на основі Со (Со/Cu/Со та Со/Ag/Со) складаються із ГЩП-Со, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно. На основі пермалою (FeNi/Cu/FeNi та FeNi/Ag/FeNi) з ГЦК_FeNi, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно. Параметри решіток добре узгоджуються з відповідними параметрами для масивних металів. Немагнітні прошарки з ефективною товщиною dCu 2 нм і dAg 4 нм є структурно-суцільними. Відпалювання при 700 К приводить до збільшення розміру зерна у 5-20 разів залежно від товщини та виду шарів. Для систем на основі Со, відпалених при 700 К, на електронограмах фіксуються лінії, які відповідають ГЦК-Со. Для системи FeNi/Cu/FeNi спостерігається утворення твердого розчину, а для системи FeNi/Ag/FeNi зміна фазового складу електронографічно не фіксується.

Теоретично показано, що в області малих значень відношення товщин немагнітного та магнітного шарів d2/d1 величина питомого опору визначається характером взаємодії носіїв заряду із зовнішніми границями та інтерфейсами провідника. Апробація отриманих аналітичних співвідношень показала, що експериментальні дані узгоджуються із розрахунковими з точністю до 20%.

Запропоновано співвідношення для визначення ТКО трикомпонентних плівкових сплавів і проведено розрахунок його значень для плівок на основі Fe, Ni та Cu. Показано, що розраховані значення ТКО узгоджуються з експериментальними.

Результати дослідження магніторезистивного ефекту в тришарових плівках на основі Co, FeNi, Cu та Ag показали, що для невідпалених плівок з товщиною dCu = 3-15 нм реалізується ефект гігантського магнітоопору. Величина ГМО для термостабілізованих при різних температурах тришарових плівок визначається товщиною та видом шарів. Встановлено, що тільки для системи Со/Cu/Co з dCu 5 нм не спостерігається перехід ГМО в АМО навіть після відпалювання зразків при 700 К. Максимальне значення ГМО (4% при кімнатній температурі) отримано для відпалених при 700 К плівок Со/Cu/Co. При зниженні температури вимірювання до 150 К амплітуда ефекту ГМО збільшується у 1,3-2 рази.

У плівкових системах Со/Cu(Ag)/Со та FeNi/Cu(Ag)/FeNi залежність амплітуди ефекту ГМО від товщини немагнітного прошарку має два максимуми. У досліджених структурах область оптимальних (для отримання максимального ефекту ГМО) товщин немагнітного прошарку становить 3-7 нм.

Ключові слова: нанокристалічні плівкові системи, кристалічна структура, питомий опір, температурний коефіцієнт опору, магнітоопір, гігантський магнітоопір, коерцитивна сила.



АННОТАЦИЯ

Шкурдода Ю.А. Структура, электропроводность и магниторезистивные свойства нанокристаллических пленочных систем на основе Co, FeNi, Cu и Ag. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Сумский государственный университет, Сумы, 2008.

Диссертационная работа посвящена установлению закономерностей формирования структурно-фазового состояния, поведения электрофизических (удельное сопротивление и ТКС), магниторезистивных (магнитосопротивление, гигантское магнитосопротивление) свойств трехслойных пленочных систем на основе Co, FeNi, Cu и Ag в интервале толщин d = (1-50) нм и температур Т = (150-700) К.

Показано, что все неотожженные трехслойные пленки являются поликристаллическими с малым размером зерна (~ 10 нм). Неотожженные пленочные системы на основе Со (Со/Cu/Со та Со/Ag/Со) состоят из ГПУ-Со, ГЦК-Cu или ГЦК-Ag соответственно. Системы на основе пермаллоя (FeNi/Cu/FeNi та FeNi/Ag/FeNi) содержат ГЦК-FeNi, ГЦК-Cu или ГЦК-Ag соответственно. Параметры решеток хорошо совпадают с соответствующими параметрами для массивных металлов. Немагнитные прослойки с еффективной толщиной dCu 2 нм и dAg 4 нм являются структурно сплошными. Отжиг при Т = 700 К приводит к увеличению размера зерна в 5-20 раз в зависимости от толщины и вида прослойки. Для системы на основе Со, отожженной при 700 К на електронограммах фиксируется появление линий, которые соответствуют ГЦК-Со. Изменение параметров решетки электронографически не фиксируется. Для системы FeNi/Cu/FeNi наблюдается образование твердого раствора, а для системы FeNi/Ag/FeNi изменение фазового состава не фиксируется.

Зависимость удельного сопротивления трехслойных поликристаллических пленок отличается от размерной зависимости для однослойных пленок. В области малых значений отношения толщин слоев d2/d1 числовое значение удельного сопротивления определяется характером взаимодействия носителей заряда с внешними границами и интерфейсами проводника. С увеличением толщины прослойки так, что d2 d1 на зависимости (d2/d1) возникает максимум, который обусловлен диффузным рассеянием электронов границами слоев. С ростом зеркального прохождения носителей заряда в соседние слои металла максимум вырождается, и удельное сопротивление монотонно изменяется с ростом толщины образца. Апробация полученных аналитических соотношений показала, что экспериментальные данные согласуются с рассчитанными с точностью до 20%.

Предложено соотношение для расчета термического коэффициента сопротивления трехкомпонентных пленочных сплавов и проведено сравнение термического коэффициента сопротивления для пленок на основе Fe, Ni и Cu. Показано, что расчетные значения согласуются с экспериментальными, что делает это соотношение применимым для прогнозирования величины термического коэффициента сопротивления трехкомпонентных пленочных сплавов.

Результаты исследования магниторезистивного эффекта в трехслойных пленках на основе Co, FeNi, Cu и Ag показали, что в системах с эффективной толщиной немагнитной прослойки до 2 нм наблюдается анизотропное магнитосопротивление. Во всех исследованных неотожженных пленках с dCu = 3-15 нм реализуется эффект гигантского магнитосопротивления (ГМС). Максимальная амплитуда эффекта для неотожженных пленок составляет 1,2%.

Характер поведения магнитосопротивления после термостабилизации при разных температурах определяется толщиной и видом слоев. Для всех систем в процессе отжига, за исключением Со/Cu/Co, наблюдается переход гигантского магнитосопротивления в анизотропное. Для трехслойных пленок Со/Cu/Co с dCu 5 нм наблюдается увеличение амплитуды эффекта ГМС после термостабилизации. Максимальное значение ГМС (4% при комнатной температуре) было получено для трехслойных пленок Со/Cu/Co с dCu = 5 нм, отожженных при 700 К.

Показано, что при охлаждении образцов до 150 К вид петель гистерезиса магниторезистивного эффекта практически не изменяется (независимо от толщины слоев). Для пленок Со/Cu/Со и Со/Ag/Со, как неотожженных, так и отожженных при 700 К с толщиной медной прослойки до 2 нм (пленки с анизотропным магнитосопротивлением), наблюдается максимум на температурной зависимости продольного магнитосопротивления. Для других систем упомянутые максимумы не наблюдаются в исследуемом температурном интервале. Для пленок с ГМС наблюдается только уменьшение амплитуды эффекта при повышении температуры.

Полученные зависимости амплитуды эффекта ГМС от толщины немагнитного слоя в случае пленочных систем Со/Cu(Ag)/Со и FeNi/Cu(Ag)/FeNi, показывают наличие двух максимумов. В исследованных структурах область оптимальных толщин немагнитной прослойки составляет 3-7 нм.

Ключевые слова: нанокристаллические пленочные системы, кристаллическая структура, удельное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, магнитосопротивление, гигантское магнитосопротивление.



THE SUMMARY

Shkurdoda Yu.А. Structure, electrical conductivity and magnetoresistive properties of nanocrystalline film systems on the basis of Co, FeNi, Cu and Ag. - Manuscript.

The thesis for the candidate of physical and mathematical sciences on the speciality 01.04.07 - solid state physics - Sumy State University, 2008.

The thesis is devoted to the principles of the three-layered films on the basis of Co, FeNi, Cu and Ag structure and phase state forming, conduct of electrophysical (resistivity and TCR) and magnetic (magnetoresistance) properties in the interval of thickness d = (1-50) nm, and temperatures Т = (150-700) K.

It is revealed that all of the as-deposited three-layered films are polycrystalline with a small grain size (~ 10 nm). The as-deposited film systems on the basis of Co (Со/Cu/Со and Со/Ag/Со) consist of HCP-Co, FCC-Cu or FCC-Ag, accordingly; to the permalloy (FeNi/Cu/FeNi and FeNi/Ag/FeNi) - FCC-FeNi, FCC-Cu or FCC-Ag, accordingly. The lattice parameters are consistent with the proper parameters for massive metals. Nonmagnetic layers with the effective thickness dCu 2 nm and dAg 4 nm are structural-continuous. Annealing at 700 K leads to 5-20 times increase of grain size according to the layers thickness and type. For the annealed at 700 K systems based on Co, the FCC-Co lines are fixed on the electron diffraction patterns. For the FeNi/Cu/FeNi system a solid solution forming is fixed, and for the FeNi/Ag/FeNi system the phase composition change is not fixed by the electron diffraction method.

It is theoretically revealed that in small values area of relation of the nonmagnetic and magnetic layers thickness d2/d1 the value of resistivity is determined by the character of charge carriers interaction with external limits and interfaces of the conductor. Approbation of the received analytical correlations showed that experimental dates conform to the calculation of almost 20%.

Correlation for determination of the three-layered alloy films ТCR is suggested, and its values calculation for the films on the basis of Fe, Ni and Cu is conducted. It is revealed that the calculated TCR values conform to the experimental ones.

The results of the based on Co, FeNi, Cu and Ag three-layered films magnetoresistive effect research showed that for as-deposited films with the thickness of dCu = 3-15 nm the giant magnetoresistance effect is realized. The GMR value for the heat-treated at the different temperatures three-layered films is determined by the layers thickness and type. It is found out that only for the Со/Cu/Co system at dCu 5 nm the transition of GMR in АМR is not observed even after standards annealing at 700 К. The maximum GMR value (4% at a room temperature) was received for annealing at 700 K Со/Cu/Co films. At decreasing of measuring temperature to 150 K the 1,3-2 times increase of GMR effect amplitude is observed.

In the case of the Со/Cu(Ag)/Со and FeNi/Cu(Ag)/FeNi film systems the dependence of GMR effect amplitude on the nonmagnetic layer thickness has two maximums. In the studied structures the area of optimum (for obtaining maximum GMR effect) unmagnetic layer thickness is 3-7 nm.

Keywords: nanocrystalline film systems, crystalline structure, resistivity, temperature coefficient of resistance, magnetoresistance, giant magnetoresistance, coercive force.

Размещено на Allbest.ru

...