Распыление замещенных ферритов - гранатов, особенности свойств доменных границ и цилиндрических магнитных доменов в участках подверженных имплантации и распылению тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

? ,Ги ’ Д°дацькиЯ ДеР*авний університет

На правах рукопису

МЕЛЬНИЧУК Ігор Олександрович

РОЗПИЛЕННЯ ЗАМІЩЕНИХ ФЕРИТІВ— ГРАНАТІВ. ОСОЕІІИВОСТІ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДОМЕННИХ МИ ТА ЦИЛІНДРИЧНИХ МАГНІТНИХ ДОМЕНІВ У ДІЛЯНКАХ ІІІДДАТИХ ІМПЯАНГАЦІІ ТА РОЗПИЛЕННЮ

01.04.07 - Фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового стулено кандидата фізико-математичних наук

ДОНЕЦЬК - 199-4

Робота виконана на фізичному факультеті Донецького деркавного університету.

Наукові керівники: академік ЛІН України,

доктор фізико- математичних наук, професор Горобець Ю. І.

доктор фізико- математичних наук, професор Мамалуй Ю. А.

Офіційні опоненти: академік АН ВШ України.

доктор фізико - математичних наук,

- професор Бажин А. І.

Провідна організація - СКТБ ДонФТі АН України

Захист дисертації відбудеться 1994 р.

о 15.00 на засіданні спеціалізованої ради К.068.Об.01 при Донецькому державному університеті.

340055, и. Донецьк, вул. Університетська, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДонДУ

Автореферат розіслано " ^ 1994 р.

ВчоїиЯ секретар спеціалізованої г ЗаСаноп 0. Є.

кандидат фізико- математичних наук, доцент Гераснмчук В. С.

ради К. 063. ОБ. 01, кандидат фізико-математичних наук

АКТУАЛЬНІСТЬ досліджень процесів розпилення та Імплантації плівок заміщених феритів-гранатів (ІЮГ) зумовлена двома обставинами. Перша зв'язана з отриманням додаткової Інформації про особливості процесів, що супроводжують опромінення багатокомпонентних матеріалів. Друга обставина зумовлена, з одного боку, широким використанням ПФГ при побудові пристроїв пам'яті на циліндричних магнітних доменах (ЦМД), магнітооптичних транспарантів, розробці пристроїв пам'яті високої ємності На вертикальних блохівських лініях; з другого - тим, що у технології сучасної мікроелектроніки та матеріалознавстві широко використовуються процеси опромінення матеріалів для формування функціональних шарів, підготовки 1 аналізу властивостей їх поверхні.

Розпилення багатокомпонентних матеріалів йога супроводжуватися зміною складу та структури поверхні. • мати особливості, зумовлені магнітним' упорядкуванням; різні механізми можуть давати внесок у розпилення діелектричних матеріалів. Заміщені ферити- гранати,' являючись багатокомпонентними магнітними монокристалічнйші оксидами, уявляють собою цікавий об'єкт досліджень пе{)ел1чених явищ. Застосування розпилення ПЇ»Г у прикладних цілях потребує визначення коефіцієнту розпилення, впливу на його величину таких умов як температура, орієнтація та енергія первинного пучка, з'ясування впливу, розпилення на склад та структуру поверхні. Сучасний стан теоретичного описання явища розпилення не дозволяє врахувати всі особливості ІЮГ. тому необхідне експериментальне дослідаення вказаного процесу.

Перэвайна більшість досліджень впливу Імплантації Іонів на властивості заміщених ПФГ орієнтована на фізичні характеристики та застосування ЦМД, а не доменних мея С ДМ). Розробка пристроїв пам'яті, в яких ДМ має. бути носієм Інформації, потребує додаткових досліджень. Крім того, висока якість ПФГ та наявність в них перпедикулярної до поверхні плівки одновісної анізотропії ' дозволяє проводити опромінення при контрольованій орієнтації первинного пучка відносно ДМ. що дає моалнвість проводити більш детальний аналіз взаємодії ДМ з радіаціяниня дефектами. • •

Одним з аспектів застосування Імплантації та розпилення

З

ПФГ при виготовленні пристроїв пам'яті є формування магнітних пасток, каналів розповсюдження та бар’єрів для ЦМД. Надальшия розвиток цього напрямку робить також актуальним досліджений поведінки ЦМД навколо бар'єрів, сформованих розпиленням на імплантованій поверхні плівки.

МЕТОЮ ДИСЕРТАЦІЙНО! РОБОТИ 6: дослідження основних

закономірносте* розпилення (величина коефіцієнту розпилення, вплив температури, орієнтації та енергії первинного пучка) ПФГ; аналіз можливих механізмів розпилення Ш>Г; - дослідження механізмів впливу Імплантації на резонансну частоту доменник меж; дослідження особливостей поведінки ЦМД навколо бар'єрів/ сформованих Імплантацією та розпиленням.

НАУКОВА НОВИЗНА: а) для замінених плівок феритів- гранатів вимірено коефіцієнт розпилення іонами Аг, його залежність від орієнтації та температури мішені, енергії розпилюючих часток; знайдено середню енергію зв'язку атомів з поверхнею; проведено порівняння експериментальних даних з розрахунками по відомим моделям;

б) розроблено спрощену модель часових змін штоків розпилених з поверхні ПФГ часток, засновану на збереженні непрозорості шару останніх зіткнень;

в) проведено аналіз можливих механізмів зростання резонансної частоти ДМ імплантованих ПФГ, розроблено методику виявлення викликаючих зміну резонансної частоти відхилень вісі легкого намагнічування від нормалі до поверхні ПФГ;, .

г) показано, що основним механізмом зміни резонансної частоти ДМ, завдяки Імплантації, є закріплення ДМ на радіаційних дефектах немонотонна залежність резонансної частоти ДМ пояснюється змінами анізотропії, ширини та густини поверхневої енергії ДМ у ділянці перекриття ДМ з опроміненим шаром;

д) виявлені та досліджені особливості поведінки ЦМД навколо бар'єру, сформованого послідовним застосуванням Імплантації та розпилення, з'ясовані основні механізми його функціонування.

НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ, ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

І. Поверхня ПФГ при розпиленні змінює свій стан; основною зміною в збіднення поверхні киснем, зумовлене різницею у масах та початкових концентраціях компонентів плівки. Спрощена модель змін потоків розпилених з ПФГ атомів , заснована на збереженні

непрозорості шару останніх зіткнень, якісно описує ці зміни.

2. Величина коефіцієнту розпилення ГОГ, його залежність від орієнтації первинного пучка відповідають каскадному механізму розпилення. При дозах опромінення Іонами Аг< 15- ЗОкеВ) - В>1 10*“ Іон/см*, в Інтервалі температур 20°С<5<600°С поверхневий, відповідаючий за розпилення, шар ПФГ знаходиться у аморфному та парамагнітному стані.

3. У розпилення заміщених ГОГ іонами 1г середніх енергій, окрім каскадного, дає внесок термічний механізм, що проявляється у температурній та енергетичній залежностях швидкості та ефективності розпилення.

4. Зростання резонансної частоти ДМ. при Імплантації ГОГ зумовлене внеском закріплення ДМ на радіаційних дефектах у коефіцієнт жорсткості ДМ. Немонотонна залежність резонансної частоти ДМ від дози опромінення пояснюється при врахуванні змін анізотропії в зоні перекриття ДМ з опроміненим шаром.

5. Ступінь, сформована на імплантованій поверхні ГОГ,

уявляє собою керуємий зовнішній полем бар'єр для ЦМД. Положення рівноваги ЦМД біля бар'єру визначаються впливом на енергій його меж пруяних деформацій та магнітостатнчною взаємодією між ним та імплантованим шаром. .

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ. Результати роботи можна використовувати при пошаровому аналізі, виборі оптимальних умов та контролю процесів Іонопроменевої обробки ГОГ, розробці функціональних елементів пристроїв пам'яті з голевим доступом. Результати використано при розробці нової технології вирощування ГОГ у НДТІФМ (Сімферополь), - відпрацюванні методики формування бар'єрів для пристроїв пам'яті з струмовкм доступом у СКТБ ДоііФТ І АН України (Донецьк).

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні результати та положення дисертації доповідатись на: Всесоюзних нарадах- семінарах по діагностиці поверхні Іонними пучками (Донецьк, 1980, Уягород, 1985, Одеса, 1990), Всесоюзній конференції по. взаємодії атомних часток з твердим тілом (Мінськ, 1984), Всесоюзних школах- семінарах "Нові магнітні матеріали для мікроелектронікн (Донецьк, 1982, Саранськ. 1984), Всесоюзній нараді по фізиці взаємодії заряднених часток з кристалами (Москва, 1986),

Всесоюзних семінарах по ЦКД/ВБЛ (Москва, 1985, 1989, Сімферополь 1987, 1991) , Європейскіа конференції по магнітний матеріалам та їх використанням (Dresden, 1991).

ПУБЛІКАЦІЇ. По темі дисертації опубліковано 20 друкованих робот. Список приведено у кінці автореферату. 1

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертація складається із вступу, описання використованаї апаратури, 4 розділів, заключения 1 списку цитованої літератури Із 153 . найменувань; загальний об'єм роботи складає 147 сторіно ук - машинописного тексту, включаючи 45 малюнків на 29 сторінках 1 З тайшсці.

ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обгрунтовується актуальність дисертаційної роботи, сформульована мета., наукова новизна, -изукоЪа -1 . пракйгчва цінність роботи, основні наукові положення, які виносяться на захист.

АПАРАТУРА ТА ЗРАЗКИ. ■ Приведена, опис сконструйованої установки для опромінення та дослідаення, методом оптичної спектроскопії розпилених часток, поверхні матеріалів, яка включає: джерело іонів (дуогшазматрон, 5-40 кеВ>, сепаратор мас (фільтр'Віна), камеру перезарядки (ефективність 0,5), дослідну камеру (безмасляна відкачка, остаточний тиск - 5 10"8 Торр.), спектрофотометр (реаим рахунку фотоелектронних Імпульсів, спектральна область 200- 800 на). Перелічені застосовані методики та зразки.

ПЕРШИИ РОЗДІЛ присвячено дослідженню впливу розпалаши атомами. Аг з енергією Б=І0—ЗО кеВ на склад поверхні ШГ.

З застосуванням методу іонно-фотонної спектроскопії, шляхом зашсу залевдостей від часу I(t) Інтенсивностей ліній елементів ПФГ у спектрі випромінювання розпнлюєігого зразка, дослідхено початкові стадії розпилення епітаксіальної плівки, складу Y4Jt(EUEm)ot>CaoeFe<1Geoe0ll . Ідентифікацію оптичних ліній проводили по спвтрах випромінювання еталонів - хімічно чистих оксидів компонентів ШГ, склад зразка було знайдено по спектрам зворотнього резерфордівського розсіювання. Залежності I(t) для раду ліній при Е = 20 кеВ, густині потоку падаючих атомів на "Імені 1,2 • 10** «ї/си*свк, приведені на мал. І. За винятком

П 467,5 ЇМ - I

Eul 462,7 нм -2 Trnl 473,3 HM - 3 Fel 371,9 HM - 4

Ca I 422,7 нм -5

Call 393,4 нм - 6

0 t, Y<$ S

Нал. І. Залежності від часу інтєсивностєя лінія у спектрі оптичної емісії зразка Yt г (EUTm)o £>Сао pFo4 tCoo оО(і.

мінімуму для лінії Ca І 422,7нм, подібні залежності I(t) характерні для всіх досліджених зразків ПФГ. Відрахунок часу на мал. І разпочато від моменту коли ПФГ була очищена від поверхневих забруднень. Результати розділу 2 свідчать, що на цей момент, відповідаючий за розпилення поверхневий шар ІВГ вже знаходиться у аморфному стані, тобто приведені зміни I(t) зумовлені впливом опромінення на склад поверхні ГОГ. Знайдено, що, при вказаних умовах опромінення, процес стабілізації поверхневого складу завершується при дозі 4,6- 10*ват/см! Зміна енергії розпилюючих іонів приводить до трансформацій залежностей I(t) не більших ніз 6% на 10 кеВ. Відомо, що при змінах поверхневої концентрації компонент мішені, залежність від часу Інтенсивності 3- тої лінії і-того елементу може бути визначена як:

І <t)- ї (t> J е ,(t> Q. (І)

де Q-апаратурна константа, Y.(t)- залежний від концентрації коефіцієнт розпилення І-того компоненту, el(i(t)- співмножник, який враховує вшив складу поверхні на процеси формування збудженого рівня та зарядовий стан розпиленої частки. Аналіз можливих механізмів зміни складу ІЮГ привів до припущення, по у використаних умовах основним каналом має бути збіднення И

киснем. Дослідження впливу парціального тиску кисню Р на Інтенсивність лінія у спектрі випромінювання показали, що наявність зовнішнього потоку кисню на поверхню Ш>Г приводить до протилежних, відносно зумовлених ^ розшиюннам.^ змін інтенсивносте*-лінія, це свідчить иа користь того, що залежності I(t) суттєво зв'язані з змінами концентрації кисню на поверхні ПФГ. з Іншого боку відомо, що при розпиленні чистих металів, поява кисню на поверхні приводить до зростання інтенсивностей лінія неЯтрапьних атомів у оптичному спектрі. Крім того, різниця у поведінці залежностея X(t) для лінія Іонів 1 нейтральних атомів (Са) вказує на суттєвий вплив зміни складу на et г Для з'ясування який Із співмножників у (1) визначає спостережувані експериментально зміни I(t) та І(Р) було проведено моделювання впливу розпилення на залежність Y. (t). .

Для описання залежностей ї (t) запропоновано спрощену модель, основні положення та припущення якої є: - каскадний механізм розпилення; - розпилення та зміна складу поверхні проходить при останньому зіткненні у каскаді; - поверхня умовно розбита на два оари: 1-й це шар останніх зіткнень каскаду, шар розпилюється опроміненням на простріл з об'єму плівки атомами каскаду, якия формується у шарі- II; - концентрація компонент у II шарі вважається незмінною; - нехтується ефектами перемішування та дифузії, - не враховується різниця у енергіях зв'язку з поверхнею атомів І- го шару, селективність розпилення

зумовлюється тільки різницею у масах та зарядах ядер атомів у

варі І. Аналогічні відомим ( И. Восилюс, Л. Пранявичюс). кінетичні

рівняння для атомів 1- того вигляду у шарі - І записані при умові збереження яого непрозорості 1 враховують зміни яого складу, зв'язані з розпиленням, припливом атомів з об'єму внаслідок руху розпилюваної поверхні та припливом внаслідок наявності зовнішніх потоків. Для зразка складу ї,Л,4.Ч.4.йоЛА.Л проведено розрахунок залежностей (t> (мал. 2) з використанням значень середньої енергії зв'язку атомів ПФГ та сумарного

коефіцієнту розпилення знайдених у розділі 2. З'ясовано, цр вигляд кривих Y.(t) зумовлюється складом ПФГ до опромінення та умовами розпилення. З порівняння експериментальних - та розрахункових результатів встановлено, що залежності I(t) 1 І(Р) для ліній нейтральних атомів якісно відстекують зміни поверхне—

вих концентрацій складу поверхні (співмножник у виразі (І)). Для ліній іонів (на прикладі Са) вигляд

10) і І(Р) ЯКІСНО

відстехує зміни поверхневої концентрації кисню, визначається впливом складу поверхні на зарядовий стан та умови збудження розпиленого атому (Є. . Підтверджено, що поверхня ПФГ при розпиленні збіднюється Киснем.

відповідних елементів, визначаються впливом на відповідні потоки розпилених часток

5,0

%

і*

ч

сї>

.7.

-У

-г,—

=£»—

"0

О

Мал. 2.

гА

Залежність

■і.сек \{\) для.

■50

тг

Сал Ре .Се О

,49 0,49 0,Р 4Д 0,0 ІЖ

' Досліджено вплив температури ( 20-500°С) на Інтенсивність лінії її (464,4 нм) при опроміненні (Аг, Б=15 кеВ, *=60°. Л0=1,21 О*4 ат/см*сбк.) ІЮГ складу (ї&г(ІдіСа)>(?вС9)в011.

З'ясовано, що на початковій стадії розпилення, зростання температури помітно змінює вигляд залежності І(ї), послабляючи вплив розпилення на стан поверхні ПМ\ Аналіз впливу температуря на інтенсивність лінії після часового відпалу, зразка у вакуумі з урахуванням результатів розділу 2 показав, що механізм впливу температури на початкову стадію розпилення зв'язаний зі змінами складу поверхні ПФГ.' .

Розглянуто два засоби впливу температури на. склад поверхні ІИ>Г зв'язані з впливом температури на концентрацію кисню та наявністю потоку дифундуючого кисню з об'єму плівки на 11 поверхню. Вважалось, що зменшення концентрації кисню впливає на початкові умови та ймовірність попадання його з об'єму плівки у розпилоємия шар, дифузійний потік кисню враховували як незалежний від розпилення та складу • поверхні. Обчислення залежностей Т(ї) для атому ї, з окремим урахуванням вказаних

механізмів, показали, що. при вказаних вище умовах розпилення, перелічені механізми забезпечують відповідність експериментальним даним при умовах, якщо відпал знижує кощентрацію темо майже вдвічі, або підвищення температури забезпечує наявність потоку дифундуючого кисню з густиною 5*10**ат/см*сек. ‘

ДРУГІМ РОЗДІЛ присвячено експериментальному дослідженню основних закономірностей розпилення ПФГ.

У стаціонарному. режимі розпилення знайдено коефіцієнти розпилення їв для ІИ»Г та матеріалу підкладок цих плівок, При розпиленні потоком В=15 кзВ, кут падіння Для

виключення похибок визначення дози користувались засобом свідка, який розміщувася у непосередньому контакті з дослідвдувайим зразком. Свідком вибрано монокристал 81 з відомим (Маткова Є. С., Молчанов В.А.) значенням'коефіцієнту розпилення їві. Величину дня ПФГ знаходили по відомому співвідношенню: *вгРгЬгЧл\/ЬгРяЬяі,ш Яв р- густина матеріалу, А- атома вага, Ь - глибша кратеру, сформованого розпиленням, індекс г відноситься до ТОГ, ідекс ві - до свідка. Результати та прийняті значення необхідних величин приведені у таблиці: ’

С К X в д Р, г/смР А, й.о.іі в- в* V ТШІ аУ *• і ОЙ

(Т&гйиСй}в(1еСв)Д, 5,4 33,7 1,42 л 0,03

<тДіг>Св)9(УвС«)в0и 5,4 38,7 ма и 0,13

И Са 0 в ^5 »* 7, Ой 51,0 і ,66 л 0,17

Величина дїв показує відхилення значень їв відносно середнього у сериіі з трьох вимірювань.

З експериментального значення у припущенні, що замінена ПФГ розпилюється як однокомпонентний матеріал з середньо» масою атому <т>=39 та зарядом ядра <в>=17, згідно з каскадною теоріє» П. Зігиувда визначена середня енергія зв'язку атому Ш>Г з поверхнею <Ов*ИІ зВ. Знайдена величина є близькою до відповідних значень інших матеріалів, що вказує на визначаючий внесок каскадного механізму у розпилення заміщених ПФГ.

Для граней (III) ПФГ (Т£пШ»)я(РеСв)в014 та (ТВіЛпСа)в(ГвСв)вОи, при опроміненні їх Аг. досліджено кутові залежності їж(*). . коефіцієнту розпилення, а такоа

^нтенсявностей І(р), Ї(А) ряду ліній у спектрі випромінювання (р

- кут падіння, відрахований від нормалі до поверхні плівки, щ -кут мія проекцією осі пучка та вибраним у площині плівки напрямком).

З'ясовано, що при 45°<р<75°, 15кеВ<В<30кеВ, 20<>С<Т<60аоС, В>1 10*® Іон/см* величина І не залежить від /». При ^61° та ї*20кеВ зміна А не впливає на їв. Склад дослідженних зразків не впливає на форму кривих їв(*) та І(*>), ці залехності для ї=15кеВ, лінія СаІ( 422,7нм) приведені на мап. З. Відомо, що при опроміненні протонами ефекти каналювання проявляються на ПФГ, з іншого боку, на модельному (КЛ) кристалічному зразку, що не аморфізується, записані при опроміненні Аг, 25кеВ залежності І( у> ), І( ** ) різко анізотропні. Тому, відсутність анізотропії залежностей І(<») і їв(Р) та монотонний хід І (у) і при мал. 3) вказує, що при перелічених умовах опромінення поверхневий відповідаючий за розпилення, шар ПФГ знаходиться у аморфному стані.

Порівняння експериментальної залежності ї„(і») з оцінками, відповідаючими каскадній моделі (криві 3-4, мал. 3), показує відміни типові для матеріалів,

у розпилення яких дають помітний внесок накаскадні механізми.

У інтервалі 8кеВ<*<30кеВ досліджено вплив енергії іонів іг на ефективність розпилення в(К). Встановлено, що зростання З приводить до зменшення в у 5 разів. Порівняння експериментальних даних з розрахованими за каскадною моделлю та теорією термічного розпилення р. Келпі показало, що при умові Н>0,5 еВ (Н-енергія дисоціації на одну молекулу сполуки; значення Н для різних реакцій дисоцкації Ї.УвД, є 4,46еВ та 2,03еВ) є можливим вклад термічного механізму у розпилення ПФГ. ’ .

У Інтервалі 20-600°С досліджено вплав температуря на

О V/ 90

Мал. З Вплив кута падіння на коефіцієнт розпилення -1 та інтенсивність оптичної емісії (СаІ 422,7 нм) -2, сов-""'* - 3, сов'*р - 4.

швидкість розпилення у стаціонарному режимі У(Х) Ш>Г (ГЕтЬцСа)а(РвСв)вОігта Інтенсивність І(ї) лінії ТІ (464,4км) при £=15 кеВ, ?сб0°. Виявлено, що як у стаціонарному режимі розпилення, так 1 при умовах одночасного збільшення температура та дози опромінення у всьому Інтервалі змін ї були відсутні відомі особливості, характерні для залежностей І(ї) металевих магнітних матеріалів біля температури Кіорі. Звідки зроблено висновок, що при вказаних умовах розпилення поверхневий шар знаходиться у парамагнітному стані. .

Із збільшенням ї виявлено зростання величини У(Т) на 20- ЗО*. У відповідності з моделлю термічного розпилення проведено оцінки параметрів, які повинні характеризувати розгошоєму систему для того, щоб виявлене зростання швидкості могло бути зумовлене впливом термічних механізмів. Оцінки проведено з порівнянь максимального підвищення температури на поверхні плівки, значень енергії дисоціації матеріалу плівки - Н та експериментальної залежності V(ї). Вважалося, що величина Н для неї співпадає з відповідними' значеннями для УаРооОі1. Встановлено, що температурна залежність У(3) для Ш>Г може бути зумовлено» внеском у 11 розпилення термічних механізмів. -

У інтервалі температур - 100°С<ї<+600°С та енергій 10 кеВ < < £ < ЗО кеВ не спостерігалося розпилення ШГ електронами.

У заключній частині другого розділу приведено результати вимірення пошарового розподілу ї, їв, Са, їй. Тіл 1 Са в об*єм1 та перехідних шарах плівка-підкладка. Використано два засоби визначення профілю елементів: пошарове розпилення з одночасною регістрацією Інтенсивності відповідної лінії (І) та сканування зондуючим пучком уздовж поверхні клину. перетинаючого досліджуєму ділянку зразка з одночасною рсгістацією Інтенсивності відповідної лінії у стаціонарному режимі розпилення (2). В першому випадку масштаб по глибині у перехідних ділянках встановлювався згідно з значеннями їш, у другому - при безпосередньому виміренйю профілю клину мікроінтерферометром. З'ясовано, що перший засіб є ефективним при профілюванні тонких (0,2 мкм) плівок, на великих глибинах (1 мкм) він дозволяє виявляти неоднорідність складу з типовим розміром О.Імкм. Другий - дозволив виявити зміни складу у шарах ^ розміром 10 нм. Зроблено висновок, що розрішуюча здатність

першого засобу занижена завдяки ефектам перемішувати та дифузії.

' ТРЕТШ РОЗДІЛ присвячено експериментальному дослідженню та аналізу механізмів впливу опромінення Іонами (01) водню на резонансну частоту доменних меж (ДМ) «*о у ПФГ складу (їїйіІиСа)а (УеСв)вОіі і (їалтСа)а(?еСв)]|Оіі. Оскільки при резонансі ДМ «о= (к/т)*''2 (т - ефективна маса ДМ на одиницю И площини, к - коефіцієнт жорсткості ДМ), проводився аналіз впливу 01 та величини }і та п.

Розглянуто вплив дози опромінення 0 на величину *о для лабіринтноі структури доменів. Величини В вибиралися таким чином, щоб поверхневий опромінений шар знаходився у стані з анізотропією легка вісь (0=0), легка площина (=2 10“*, 4 ІОіа іон/см*, середні дози), у парамагнітному стані (1^=6 10"

іон/см2, великі дози). В усіх випадках опромінення приводило до зростання »в у порівнянні з не 01 зразками. Причому, перехід від середніх до великих доз супроводжувався зменшенням величини «*о-Похибка вимірювання вобула меншою, ніж зміна «в внаслідок 01.

Розглянуто можливий вплив замикаючих доменів, зумовлений зменшенням полів розмагнічування і, як наслідок, змін величин &

і т (зміна умов закручення ДМ). Оцінка максимального вкладу такого ефекту проводилась у припущенні, що пря оптимальному виборі дози І)*01 опромінений шар впливає на поля розмагнічування аналогічно пермалоєвому покриттю. У такому випадку можливе застосування методу зобравжень і к (Ь-лй, 0=0 4) =Ж (2іі-2д1і, Б-О) та ія(Ь-йЬ,Пя01)=яі(21і-2дЬ,0=0), Де Ь І Ліі -товщини плівки і опроміненого шару. Тоді, для випадку великих доз (0=0,) маємо: й(Ь-йЬ,В*Ві) " к(Ь-л]і,0=0) та и(Ь—дії,) = ш(Ь-лІї, В“0), ив— опромінення зразок характеризується величинами к(Ь«ІМ)) та ія(Ь,1Ь0). Залежності к та ш від Ь знаходилась з літературних даних. З'ясовано, що наявність замикаючих доменів у 01 шарі, їх зникнення при первійплантації не визначає змін резонансної частоти ДМ внаслідок 01, ПрйнаЙмі через механізм впливу замикаючих доменів на поля розмагнічування.

Розглянуто, запропонований раніше, механізм впливу 01 на мо, заснований на припущенні зміни, завдяки 01, кута відхилу осі легкого намагнічування (ОЛШ від нормалі, до поверхні плівки- бо.

Оскільки відхял ОЛН енергетично виділяє напрямок у площині

плівки, співпадаючий з проекцією ОЛН на площину -зразка.. розгляд проведено у припущенні, що відхил ОЛН від нормалі може бути описаний появою анізотропії типу легка вісь у площині плівки (АЛВШ з відповідною константою Кр. Оскільки при Кр< 2яИ* адаргетична більш вигідна стінка Блоха, у припущенні, що значна частина ДМ лабірингної ДС паралельна проекції ОЛН. знайдено: Кг/2яМ* « «(д»/«о )* + 2 , де М - намагніченість плівки, а»- зміна

частоти резонансу ДМ завдяки 01, «оо- частота резонансу до 01. Звідки для досліджених зразків було визначено величини Кг -

0,69Н1 < К,<1,8 М* та відповідних ефективних полів - 20*

<Нв(<4СВ, оцінені кути відхилу 0,9°< де < 2,5°. ‘

Для виявлення малих кутів відхилу запропонована методика, заснована на припущенні, що нахил ОЛН відповідає появі АЛВП та на залежності ефективної маси ДМ від кута ур міх площиною ДМ 1 АЛВП- Проведені оцінки показали, що в цьому разі для плівок з К'О.Ш* величина дмЬгр) обов'язково повинна змінювати знак при повороті ДМ на кут близький до я/2. Кутова залежність еша(гр) для граток смугових доменів (ГСД) у плівці (їМтСа)і(?вСв)в01і1, Ь=2мкм, 4яИ=274 Гс, 1= 0,237 мкм, Ро= 4,1 мкм, Імплантованій ЕҐ, Е=30 кзВ, В* 4 10“* Іон/см*. приведена у таблиці.

ДДС ГСД гр= 0 ГСД *р=*/4 ГСД гр=*/2 ГСД у = Зх/4 Р

ди/2я,мгц 14 1ї> VI 14

Дм/м . 0*0 0,137 ' 'ПЛЗЬ'- 0,150 " 0,133 'о ; і4г' ■

зроблено висновок, що відхил ОЛН не визначає змін мо завдяки 01.

Розглянуто вплив планарного поля Нр та хімічного зтравлю— вання опроміненого шару на величину зразків ВіЯго-ПФГ, опромінених Іонами Н*. 1=30 кеВ. В- 4•10‘,’ Іон/см* та ї=30 кеВ. дт 4-10*в іон/см* .

Залежність «0 дня граток смугових доменів від планарного поля, прикладеного уздовж ДМ, вивчали для аналізу можливого механізму впливу опромінення на коефіцієнт жорсткості ДМ, який зв'язаний з переміщенням замикаючих доменів разом з ДМ. Оскільки у наслідок опромінення намагніченість 01 шару знижується, то невелике поле Н' переводить його у насичений .стан, що супрово—

дзуеться -зменшенням поля колапсу ЦМД В0. З залежності Иа (Нр)

встановлено, що 01 шар знаходиться у однодомешому стані при

Н^>50 £ В цьому Інтервалі очікували особливостей поведінки «*0 в

{азі наявності названого механізму. Відомо, що для Нр ц ДМ 1

й >-ва, при сталому 1с, величина »* лінійно залежить від Н . ДоР ь ® Р

сйідаення залежностей м* (йр) для граток смугових доменів показаЛо, що опромінена не порушує лінійного ходу вказаних кривих. Тому зроблено висновок про та, що Переміщення замикаючих домейій разом з ДМ не в основним механізмом зростання к.

З іншого боку, при повному хімічному стравлюванні 01 шару за мінімальний час, величина »й і із змінювалася до рівня не 01 зразка. Тому зроблено ЬИсйовок , Що зростання величини & зв'язано з закріпленням ДМ на спадаючій частині профілю радіаційних дефектів. Оскільки, внаслідок зменшення товщини плівки, оцінюється ефективна маса ДМ, було проведено зрівняння величин ь»0 для 01 і наїншіантованих зразків при різних товщинах знятих з нііх шарів. Встановлено, Що наявність залишків опроміненого шару значно сильніш впливає на зріст а0, нія зміна товщий! плівка.

Для остаточного висновку про те, що зростання ао зв’язане з закріпленням ДН на дефектах 01 шару, запропонована нодзль. Яка пояснює поведінку залежності Іг(П). Розглянуто процес накопичення дефектів у області перекриття ДМ з Ої карои. Область перекриття обмежувалась плоскістю, на якій йідбувається зміна знаку

одновісдаї анізотропії. В залежності від гллбкни а та дози В стан 01 шару характеризується об'ємною концентраціє» зміщень атомів пліеїоі при протіканні каскадів зіткнень - п(г,0). На підставі висновку ґфо те, що, гірй довільних значеннях В, ДМ

взаємодіє зі слабо гоажодаепою засТййо*г 01 вару, для всіх типів дефектів використовувався розподіл їх по глибині (х(0)« =х.и(ї,0), де хс- константа для і-того типу дефекту. У роглйдаємому випадку при в«Ч01в1ои/см* концентрації зміщених атоУІв <=»МО‘*с!Га і імплантованих атомів «ИОїоси**, відповідні середні відстані мій гоїш «Иош та »Ийу, а мргша ДН «■ИО'їві. Тому, для обчислення вкладу у коефіцієнт яорсткості ефекту

закріплення ДМ, використовувалась модель (Іванов А. А., Лобов

0. Д.). Додатково вбачалося. Що основний вклад у зміну

анізотропії 01 шару дає деформаційний иеханізи. З урахування»

тієї обставини, що, при малих рівнях пошкоджень, напруження зростають лінійно з дозою, для поверхневої густини енергії -Г(Х,Б) та ширини ДМ використовували вирази: г(х,0) = •

Го(1- п(х,В)/по), «(х,П) « во/ (1 - п(х,П)/по), де го та *в-відповідні значення у неопроміненому матеріалі, по- рівень пошкоджень, відповідаючий зміні знаку анізотропії. Енергія взаємодії дефектів усіх типів з ДМ описувалася єдиним виразом, вміщуючим ефективне значення об'єму дефекту. Разрахунки показали. що вклад ефекту закріплення ДМ на радіаційних дефектах у коефіцієнт жорсткості ДМ немонотонним чином залежить від дози опромінення, що якісно відповідає експериментальним даним. На цій підставі зроблено висновок, що закріплення на дефектах є основним механізмом впливу 01 на резонансну частоту ДМ.

. ЧЕТВЕРТИЙ РОЗДІЛ присвячено вивченню властивостей бар'єру для ЦМД. сформованого послідовним опроміненням через маску плівки (ї&пІлСа),(РеСе)а0іг, Ь=4,2 мкм, 4*Н « 240 Гс, Іонами Н* Е=30— 40 кеВ, В=4-10“* Іон/см* та Аг, Ї-ІО кеВ до витравлення глибини 0,2-0,3 мкм. Геометрія барїєру приведена на мал. 4(а).

Шляхом спостережень на магітооптичнія установці знайдено положення локалізації ЦМД поблизу бар'єрів, сформованих розпиленням на опромінених та не 01 ділянках плівки. Імпульсним зовнішнім полем формувався масив ЦМД, прикладенням та вибором амплітуд зовнішніх сталих та змінних магнітних полів добивалися того; що у ділянці спостереження домени локалізувались тільки у місцях виділених завдяки 01. Встановлено, що поблизу ступені (відстань між центром ЦМД та боковою поверхнею ступені порядка радіусу ЦМД- В0) у 01 ділянці ЦМД притягаються до неї з товстого боку та відштовхуються з тонкого, поведінка ЦМД біля ступені на ш 01 ділянці прямо протилежна. Таким чином, 01 плівки до формування ступені приводить до зміни властивостей бар'єру, які проявляються у зміні знаку сили, діючої між виступаючим краєм плівки та ЦМД- У відсутності зовнішніх планарних полів ЦМД локалізувалися у точках з координатами ус дорівнюючих Зйо та -йс (див. мал. 4(а- Ь)). Прикладення поля у площині плівки Нр, в залежності від його величини та напрямку, приводить до змін координат .доменів. На мал. 4( Ь) приведено * залежність положення рівноваги" ЦМД від.поля, пргасладенного у площині плівки уздовж осі ОТ. Стрілками показані напрями, в яких, координати доменів

б

Мал. 4. Геометрія бар'єру - а. Залежність положення рівноваги НМД від поля, прикладеного у площині плівки, спрямованого уздовж осі О* - Ь.

змінюються стрибком. Це вказує на те, що досліджена система являє собою бар'єр з керованими властивостями. . .

Механізми, що керують змінами координат доменів проаналізовано виходячи з того, що поведінка ЦМД визначається балансом його зеєманівської, магнітостатнчної та меяевої енергій. Розглянуто такі причини змін компонет повної енергії: утворення 90е

доменної межі, зміна товщини, вплив дефермацій на поверхневу густину енергії ДМ, часткове замкнення потоку розсіяння ЦМД опроміненим шаром з планарною намагніченністю, вплив поверхневого шару зі зміненим, завдяки разпиленш, складом.

Експерименти з бар’єрами, в яких 01 шар знімався розпиленням не повністю, показали , що ефекти від зміни висоти домену та утворення торцевої 90° межі не визначають таких -властивостей-бар'єру, яК фіксація у положеннях А В (мал. 4) та перехід домену через ступінь при наявності планарних полів. Дослідження впливу зміни складу поверхні плівки проведено шляхом порівняння виміреної на мікроінтерферометрі висоти ступені зі зміною висоти доменної структури, яка визначалась розрахунком по полям колапсу, еліптичної нестійкості ЦМД та періоду рівноважної

лабіринтної структури на не 01 плівках. З’ясовано, що, при оЬ<0,4 мкм, величини ступені, знайдені з оптичних та магнітних

вимірів, не відрізняються, а у разі ДЬ> О.бмкм значення

"оптичної " висоти ступені меньше, ніж знайдене з магнітних

вимірів, що, разом з результатами розділу 2, вказує на відсутність магнітного упорядкування в шарі зі зміненим складом

1, відповідно, зміна складу поверхні розпиленням при лЬ < 0.3 мкм не визначає властивостей бар'єру.

З іншого боку прикладення поля Нр у площині плівки уздовж осі ОХ, з амплітудою більшою ніж величина поля насичення 01 шару, не впливало на положення рівноваги ЦМД у точках А, Б навіть при наявності змінного поля зміщення. Звідки зроблено висновок , що фіксація домену у цих точках зв’язана з впливом неоднорідних деформацій на енергію ДМ (відомі розрахунки залежності енергії ДМ від координат для ЦМД у полі аналогічних деформацій дають мінімуми у відповідних положеннях ).

Наявність гістерезису у інтервалі полів - 78 Е <Нр<-40 Е вказує на зародження (Нр> - 40 Е) та зникнення (Нр< - 80 Е) структури замикаючих доменів. Крім того, поля колажу ЦМД під 01 шаром зменшуються при зростанні |Н|р до тих. пір, дахи є сталою координата домену. Зміна координати домену супроводжується эрш-танням поля колапсу ЦМД.

Для поясненна причин переміщень домену уздовж осі Ої розглянуто енергію взаємодії ЦМД- В, з напівнескінченим 01 шаром товщиною дЪ (мал.4). Ця енергія може бути знайдена як:

(а) у* с б)

дэ и, Н4 і У4- намагніченість, полэ розсіяння ЦМД та його об’єм;

Н,. Нг 1 V,- намагніченість, поле розсіяння 01 шару та його

об’єм. Розрахунки показали, то поля Н, у середній площині 01 шару порівняльні з зовнішніми полями, враховуючи ту обставину,

що орієнтація намагніченості 01 шару суттєво залежить від прикладених полів, використовували вираз (б).

Об’єм 01 шару було розбито на однодоменні ділянки, у яких поле Н4 вважалось постійним 1 замінялось середнім значенням <П>. Правильність размірів ділянок та величин <Н> перевірялась по зрівнянно залежностей 8,(уо). знайдених по виразам (а) 1 (б) для випадку неефективного опромінення (о=0°) та навпаки (в«90°), ¥•«0°. Енергія взаємодії мія ділянками не враховувалась. Оскільки розміри ділянок у площині ЗПГ були значно більшими ній лЬ , густину енергії к - тої ділянки -ек(Нк) знаходили як функцію всіх прикладених до неї полів ~РІ , по виразу для густини енергії тонкої нзекінченої пластинки. Кубічною анізотропією 01 шару і залежністю розмірів ЦМД від координат нехтували, алну енергії 01 вару пря наближенні до нього ЦМД - 51^ (їа) знаходили як:

531(уо,Нр) . ДЬ Е Сек (Нк)- ео(Н)1 8,^),

де со(Н)- густина енергії 01 вару пря відсутності полів розсіювання ЦМД, И- суыарне зовнішнє поле, Зк(уо) - площина перекриття 1с- тої ділянки з 01 шаром.

Показано, що зміна амплітуди та орієнтації зовнішнього планарного поля приводить до деформацій кривих 5БІ(уо,Нр); які якісно пояснюють переміщення ЦМД уздовз осі Ої . Оцінка поправки до поля колапсу, зв’язаної з взаємодією ЦМД з'01 шаром, при умо- . ві, що значення пленарних полів відповідній змінам координат домену брались з експерименту, якісно відповідає експериментальній залежності І!о (!Ір).

У ЗАКЛИЧЕШ! сформульовані основні висновки.

І. Визначено коефіцієнт розпилення, досліджено його кутові та теьшературні залежності, залежність ефективності розпилення від енергії при опроміненні заміщених ГОГ Іонами Аг з анергією 10- ЗО кеВ. Досліджені часові, температурні та кутові залежності

Іонофотонної емісії, супроводжуючої розпилення. Визначена середня енергія зв'зку атомів на поверхні ПФГ. Показано, що основним механізмом розпилення ДОГ в дослідженому диапазоні анергій є каскадний, але спостерігаються особливості , які можуть бути зв'язані з внеском теплового механізму розпилення. Відповідаючий за вихід розпилених часток поверхневий шар ПФГ знаходиться у аморфному, парамагнітному стані при дозах опромінення атомами Аг, перевищуючуми 1 104® ат/см* .

2. Розроблена спрощена модель зміни потоку розпилюємих атомів, заснована на збереженні непрозорості шару останніх зіткнень. Показано, що характер часової залежності Інтенсивностей внпромінення нейтральних атомів визначається змінами потоків розпилених часток, для спектральних ліний Іонів (на прикладі Са) суттєвий вплив дає зміна поверхневої концентрації кисгао. Вплив температури на часові залежності Інтенсивності випромінення атомів У пояснюється дифузією клемо з об'єму зразка до поверхні або збідненням 11 киснем до розпилення.

3. Досліджено вплив дози опромінення , орієнтації доменних

меа відносно виділеного напрямку у площині плівки, вплив поля, прикладеного у площині зразка, а також хімічного стравлювання Імплантованого шару на ‘ резонансну частоту опромінених ІЙГ. Розроблена методика виявлення малих відхшіїв ОЛН відносно нормалі до поверхні ІЙГ, визиваючих зміни резонансної частоти ДМ. Показано, що зростання резонансної частоти ДМ у Імплантованих ІВ>Г зумовлено взаємодією ДМ з глибинною частиною опроміненого шару. ' .

4. Розглянуто процес накопичення дефектів у області пере-

криття ДМ з опроміненим шаром . Розраховано внесок у коефіцієнт .короткості ДМ ефекту закріплення ДМ на радіаційних . дефектах. Показано, що внаслідок змін анізотропії, густиш поверхневої анергії та ширини ДМ,цей внесок немонотонно змінюється з ростом дози опромінення. .

5. Виявлені особливості поведінки ЦМД поблизу ступіні на Імплантованій поверхні ПФГ, досліджено вплив поля, прикладеного у площині зразка на положення рівноваги та поле колапсу таких ЦМД . Показано, що ця система уявляє собою керуємий бар'єр для ЦМД 1 запропонована модель, якісно описуюча зміни координат та і.оля колапсу’доменів поблизу бар'єру.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ У СЛІДУЮЧИХ РОБОТАХ:

1. Мельничук И.А., Филиппов Е.И. Целенаправленное измене ниє свойств гранатовых пленок с помощью ионной имплантации // В кн.: Диагностика поверхности ионными пучками. Донецк- 1980.-С.245-247.

2. Резонанс доменных границ в имплантированных эпитаксиальных пленках/ Коновалов А.Ф., Приходько Л.И., Филиппов Е.И.,

Мельничук И.А. // В кн.: Цилиндрические магнитные домены : физические свойства и техн. прим Тез. докл. . М.- 1981.- С.29.

3. Резонанс доменных границ в имплантированных тонких пленках ферритов гранатов / Ходосов Е.Ф., Коновалов А.Ф., Приходько Я.И., Филиппов Е.И., Мельничук И.А.// УФЖ- 1982.- 27, N4.

- С.624-625. ‘

4. Влияние ионной имплантации на высокочастотные свойства

доменных границ в тонких магнитных пленках. /. Зиновук А. В., Коновалов А. Ф., Мельничук И. А., Приходько Л. И., Филиппов . Е. И.,

ХОДОСОВ Е.Ф.// ФТТ--1982.-24. -К 11,- С. 3461-3463.

5. Влияние ионной имплантации на динамические свойства доменных границ/ Ходосов Е.Ф., Коновалов А.Ф., Филиппов Е.И.,

Мельничук И.А., Приходько Л.И.//В кн.: Новые магнитные материалы для микроэлектроники. Тез.докл. Донецк. 1982.- С.130-131.

' 6. Мельничук И.А., Терехов С.В., Филиппов Е.И. Экспери

ментальное исследование слоистой структуры эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок // ХТФ- 1983.- 53 , N 1 .- С.185-189.

7. Грановский Я.И., Мельничук И.А., Перепадья В.И. Влияние

температуры на распыление пленки феррита-граната //в гаї: Взаимодействие атомных частиц с твердая телом. Мат. кон$. Міпгск-1984., ч- 1,-С. 112-113. .

8. Васильчиков А.С., Мельничук И.А., Мостовой В.М. Распыление пленок феррит-гранатов. Угловые зависимости //в кп.: Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Мат. конф. Минск-1984. ч-І,- С. 108-109.

9. Грановский Я.И., Мельничук И.А. Изменение знака силы, действующей на ЦМД со стороны ступеньки на поверхности пленки // В кн.: Новыевые магнитные материалы для микроэлектроники. Тез.докл. Саранск - 1984,- С.32-33.

10. Мельничук И.А., Пейкришвили Д.В-*. Перепадья В.И.

Установка для исследования поверхности и облучения тонких пленок // В кн.:Диагностика поверхности ионными пучками. Тез.докл. Ужгород- 1985.-С.150-151.

11. Хуравель В.В., Мельничук И.А., Пономарев В.В. Взаимодействие ЦМД со ступенькой, подвергнутой ионной имплантации //

В кн.: Современный уровень разработок запоминающих и логических устройств на ЦМД. Тез. докл.- М. 1985.- С.Т8.

12. Зсбанов А.Е., Мельничук И.А., Сергиенко С.П. Механизм изменения резонансной частоты ДГ при имплантации ЭФГП // в сб.: Элементы и устройства на ЦМД и ВБЛ. Тез.докл. М.- 198?.- С.11.

13. Демина О.Б., Мельничук И.А., Сорока В.А. Поведение ЦМД вблизи ступеньки на имплантированной поверхности пленки феррита-граната //В кн.: Элементы и . устройства на цил^щричео*-» ких м&щтных доменахСЦМД) и вертикальных блоховских линиях (ВЕЛ).Тез.докл. М.- 198ГГ.-С.98.

14. Конопелько Е.И., Малиненко Е.М., Мельничук И.А. Влияние

каналирования на выход ионолшенисценции. и фотонной эмиссии //Тез. докл. Всесоюз. совещ. по фяз .взаимодейств .заряз .част., с монокристаллами М.- 1986.- С.33. '

15. Конопелько Е.И., Малиненко Е.М., Мельничук И.А. Анизотропия излучения щелочногалоидных кристаллов, индуцируемоыого ионной бомбардировкой // Физика твердого тела. Киев-Донецк-196ГГ.- , N 17.- С.27-33.

16. Мельничук И. А. Закрепление доменной границы на дефектах имплантированного слоя//в сб. ЦИД/ВБЛ в системах обработки и хранения информации . Москва, 1989. с. 29.

17 Легенький Ю. А.', Мельничук И.А. Влияние энергии атомов аргона на угловые зависимости ИФЭ и эффективность распыления пленки феррита- граната//в кн. Диагностика поверхности ионньш пучками. Одесса-1990, стр.55-5Б.

18 Исследование распределений элементов в-переходных слоях пленок ферритов- гранатов /Красин И. А.. Легенький 0. А., Мельничук И. А.. Шмыголь С. а //в кн. Диагностика поверхности ионными пучками. Одесса-1990.-С.-175-176.

19. la, Ga substituted YIG film transeent laers/ Krasin I., Legftenky Y., Melnlchuk I., Shmygol S. // Buropen Magnetic materials and Applications Conference, Dresden, 1991, Collected Abstracts, section D, code DP33