Образец для цитирования:
Джумалиев А. С., Никулин Ю. В. Магнитные свойства текстурированных пленок NiFe(111) и NiFe(200) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2017. Т. 17, вып. 4. С. 242-253. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2017-17-4-242-253
Магнитные свойства текстурированных пленок NiFe(111) и NiFe(200)
Впервые исследованы зависимости от толщины (d ≈ 20–370 нм) намагниченности насыщения 4πМ, ширины линии ферромагнитного резонанса (ФМР) ΔН, поля коэрцитивности Нс и формы петель гистерезиса для пленок пермаллоя Ni80Fe20 (NiFe) с текстурой (200). Полученные для пленок NiFe(200) зависимости магнитных параметров от толщины d сопоставлены с зависимостями 4πM(d), ΔН(d) и Нс (d) для пленок NiFe(111) с выраженной текстурой (111) и поликристаллических пленок NiFe. Пленки NiFe(200) осаждались магнетронным распылением на постоянном токе при температуре подложки Тs ≈ 570 K в отсутствии напряжения смещения на подложке Ub (Ub ≈ 0). Пленки NiFe(111) осаждались магнетронным распылением на подложки при комнатной температуре Тs ≈ 300 K и двух значениях напряжения смещения: Ub ≈ −100 В (сильная текстура (111)) и Ub ≈ 0 (поликристаллическая пленка со слабой текстурой (111)). Микрокристаллическая структура пленок исследовалась методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной и зондовой микроскопии. Магнитные параметры 4πM и ΔН измерялись методом ФМР на частоте 9.9 ГГц. Измерение петель гистерезиса и поля коэрцитивности Hc проводилось с помощью вибрационного магнитометра. Все измерения производились при комнатной температуре с магнитным полем, приложенным в плоскости пленки. Магнитная доменная структура изучалась методом магнито-силовой микроскопии. Установлено, что зависимости 4πM(d) и ΔН(d) для пленок NiFe(200) и пленок NiFe(111) с сильной и слабой текстурой (111) совпадают с точностью около 10%, тогда как зависимости Нс(d) заметно различаются. В поликристаллических пленках NiFe со слабой текстурой (111) (Ub ≈ 0) при критической толщине dcr≈120 нм петли гистерезиса изменяются с прямоугольных на «закритические», а значения Нс возрастают от Нс ≤ 2 Э при d 40 Э при d>dcr. Для пленок NiFe(111) c сильной текстурой (111) (Ub ≈ –100В) и NiFe(200) петли гистерезиса сохраняют прямоугольную форму в диапазоне толщин d ≈ 20–370 нм, значения Hc совпадают в пределах 5% и с ростом толщины пленки уменьшаются от ≈2.5–3 Э до ≈ 1.5–2 Э. Поведение зависимостей 4πM(d), ΔН(d) и Нс(d) связывается с особенностями микрокристаллической структуры (текстура, размер зерна) пленок NiFe.
1. Prinz G. A. Magnetoelectronics applications // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1999. Vol. 200. P. 57–68.
2. NeUbser S. D., Grundler D. Magnonics : Spin Waves on the Nanoscale // Advanced Materials. 2009. Vol. 21. P. 2927–2932.
3. Mruczkiewic M., Krawczyk M., Sakharov V., Khivintsev Y., Filimonov Y., Nikitov S. Standing spin waves in magnonic crystal // J. Appl. Phys. 2013. Vol. 113. 093908.
4. Zong B. Y., Han G. C., Zheng Y. K., Guo Z.B., Li K. B., Wang L., Qiu J. J., Liu Z. Y., An L. H., Luo P., Li H. L., Liu B. Ultrasoft and high magnetic moment NiFe fi lm electrodeposited from a Cu2+ contained solution // IEEE transactions on Magnetics. 2006. Vol. MAG-42. P. 2775–2777.
5. McGuire T. R., Porter R. I. Anisotropic magnetoresistance in ferromagnetic 3d alloys // IEEE transactions on Magnetics. 1975. Vol. MAG-11. P. 1018–1038.
6. Вонсовский С. В. Магнетизм. М. : Наука, 1971. 1032 c.
7. Uppili H., Daglen B. Bi-Directional Giant Magneto Impedance Sensor // Advances in Materials Physics and Chemistry. 2013. Vol. 3. Р. 249–254.
8. He J.-F., Wang S.-Y. Effect of substrate temperature and buffer layer on the anisotropic magnetoresistance of Ni0.81Fe0.19 ultra-thin fi lms // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2012. Vol. 6, № 1–2. P. 165– 168.
9. Svalov A. V., Gonzalez Asensio B., Chlenova A. A., Savin P. A., Larra~naga A., Gonzalez J. M., Kurlyandskaya G. V. Study of the effect of the deposition rate and seed layers on structure and magnetic properties of magnetron sputtered FeNi fi lms // Vacuum. 2015. Vol. 119. P. 245–249.
10. Gong H., Litvinov D., Klemmer T. J., Lambeth D. N., Howard J. K. Seed layer effects on the magnetoresistive properties of NiFe fi lms // IEEE transactions on Magnetics. 2000. Vol. 36, № 5. P. 2963–2965.
11. Cargill G. S., Herd S. R., Krall W. E., Ahn K. Y. Structure-sensitive magnetic properties of RF sputtered NiFe fi lms // IEEE transactions on Magnetics. 1979. Vol. MAG-15, № 6. P. 1821–1823.
12. Hoshi Y., Kojimi M., Naoe M., Yamanaka S. Preparation of permalloy fi lms Ubing facing-type targets and a high-rate and low-temperature sputtering method // Electronics and Communicationd in Japan. 1982. Vol. 65, № 10, P. 91–98.
13. Hoshi Y., Kojimi M., Naoe M., Yamanaka S. High-rate deposition of permalloy fi lms by two facing targets type of sputtering // IEEE transactions on Magnetics. 1982. Vol. MAG-18, № 6. P. 1433–1435.
14. Zhang H.-W., Yang S. Q. Properties of thin magnetic materials produced from DC magnetron sputtering; the effects of substrate bias and the partial pressure of reactive gases // Vacuum. 1985. Vol. 46, № 7. P. 661–666.
15. Gorres J. M., Hanson M. M., Lo D. S. Stress in Co-Ni-Fe and Ni-Fe Films // J. Appl. Phys. 1968. Vol. 39. P. 743–744. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2163610
16. Chapman V. B., Marwaha A. S., Collins A. J. The Effect of Substrate Temperature on the Magnetic and Structural Properties of Ni–Fe Thin Films Deposited in Ultrahigh and Ordinary Vacuum // Thin Solid Films. 1981. Vol. 76. P. 77–82.
17. Shimizu H., Hoshi Y. Mechanical Properties of Permalloy Thin Films Deposited by Sputtering. (in Japanese) // IEEE transactions on Magnetics. 2004. Vol. 124, № 3. P. 265–270.
18. Freund L. B., Suresh S. Thin Film materials : Stress, Defect Formation and Surface Evolution. Cambridge : Cambridge University Press, 2003. 751 p.
19. Wang S. G., Tian E. K., Lung C. W. Surface energy of arbitrary crystal plane of bcc and fcc metals // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2000. Vol. 61. P. 1295–1298.
20. Rijks Th. G. S. M., Lenczowski S. K. J., Coehoorn R., de Jonge W. J. M. In-plane and out-of-plane anisotropic magnetoresistance in Ni80Fe20 thin fi lms // Phys. Rev. B. 1997. Vol. 56. P. 362–366.
21. Minakata R. Magnetic properties of Ni-Fe fi lms prepared by a DC triode sputtering method // IEEE transactions on Magnetics. 1988. Vol. 24. P. 2020–2023.
22. Svalov A. V., Kurlyandskaya G. V., González Asensio B., Collantes J. M., Larrañaga A. Tuning the structure and magnetic softness of thin permalloy fi lms by variations in the thickness of titanium seed layer // Materials Letters. 2015. Vol. 152. P. 159–162.
23. Jhingan A. K. Effect of nitrogen on the crystal texture and microstructure of sputtered NiFe fi lms // J. Appl. Phys. 1985. Vol. 57. P. 3991–3994.
24. Imagawa T., Yamazaki H., Mitsuoka K., Kobayashi T., Narishige S., Sugita Y. Surface Morphology of the Grain of Permalloy Films // Transactions on Magnetics in Japan. 1990. Vol. 5. P. 509–514.
25. Prieto P., Camarero J., Marco J. F., Jimenez E., Benayas J. M., Sanz J. M. Characterization of Nanocrystalline Permalloy Thin Films Obtained by Nitrogen IBAD // IEEE Transactions on Magnetics. 2008. Vol. 44. P. 3913–3916.
26. Park E., Kim Y.-C., Jang S.-U., Kim J.-H., Han S.-W., Kwon S.-J. Induced Magnetic Anisotropy in Permalloy Films Annealed with Magnetic Field // Met. Mater. Int. 2013. Vol. 19, № 1. P. 129–133.
27. Джумалиев А. С., Никулин Ю. В., Филимонов Ю. А. Осаждение текстурированных пленок NiFe(200) и NiFe(111) на подложки Si/SiO2 магнетронным рас- пылением на постоянном токе // Физика твердого тела. 2016. Т. 58, № 5. С. 1019–1023.
28. Somekh R. E. The thermalization of energetic atoms during the sputtering process // Journal of Vacuum Science and Technology A. 1984. Vol. 2. P. 1285– 1287.
29. Высоцкий С. Л., Джумалиев А. С., Никитов С. А., Филимонов Ю. А., Цыплин А. Ю. Исследование уль- тратонких пленок Fe/GaAs (100) методом ФМР // Радиотехника и электроника. 2000. T. 45, № 2. C. 209– 213.
30. Sugita Y., Fujiwara H., Sato T. Critical thickness and perpendicular anisotropy of evaporated permalloy fi lms with stripe domains // Appl. Phys. Lett. 1967. Vol. 10. P. 229–231.
31. Svalov A. V., Aseguinolaza I. R., Garcia-Arribas A., Orue I., Barandiaran J. M., Alonso J., FernándezGubieda M. L., Kurlyandskaya G. V. Structure and magnetic properties of thin permalloy fi lms near the “transcritical” state // IEEE Trans. Magn. 2010. Vol. 46, № 2. P. 333–336.
32. Langford J. I., Wilson A. J. C. Scherrer after sixty years : A survey and some new results in the determination of crystallite size // J. Appl. Cryst. 1978. Vol. 11. P. 102–113.
33. Landeros P., Arias R. E., Mills D. L. Two magnon scattering in ultrathin ferromagnets : The case where the magnetization is out of plane // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 77. 214405.
34. Bonin R., Schneider M. L., Silva T. J., Nibarger J. P. Dependence of magnetization dynamics on magnetostriction in NiFe alloys // J. Appl. Phys. 2005. Vol. 98. 123904.
35. Fackler S. W., Donahue M. J., Gao T., Nero P. N. A. Local control of magnetic anisotropy in transcritical permalloy fi lms isung ferroelectric BaTiO3 domains // Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 105. 212905.
36. Windischmann H. Intrinsic stress in sputter-deposited thin fi lms // Critical Reviews in Solid State and Material Science. 1992. Vol. 17. P. 547–596.
