Структура напыленных аморфных пленок сплавов на основе Ni или Fe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

-26 ^ и

'ювский институт стали и сплавов

На правах рукописи УДК 539.23:539.213.2:620.167.3

СОКОЛОВА Марина Леонидовна

СТРУКТУРА НАПЫЛЕННЫХ АЫОРШИ ПЛЕНОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ »1« ИЛИ Н

Специальность 01.04.07 - "Физика твердого тела"

Аатореф^шт

днссартации на соис че ученой степени кандидата фнзино-иате. чгческих наук

Цосква 1592

Работа выполнена на кафедре рентгенографии и физики металлов Московского института стали и сплавов

Научный руководитель : кандидат физико-иатеиатических

наук, ведуадш научный сотрудник Еднерал Н.В.

Официальные оппоненты : доктор физико-математических

наук Глезер А.И. кандидат физнко-ыатеиатическкх Книйник Б. Г.

Ведущая организация : Институт проблем технологии

микроэлектроники и особо чистых шгариалов РАН, Черноголовка

Защита состоится 19 ноября 1992 года в час. на заседании специализированного совета К053.08.06, Московского институт« стали и сплавов по адресу : 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский

проспект, дом 4«

С диссертацией ыогшо ознакомиться а библиотеке института. . Автореферат разослан " " _1992г.

Ученый секретарь ■

специализированного совета кандидат физико-математических

наук, ведущий научный сотрудник ЯДЦМуковский

российская _--

^•»аылбка ! и»«--'

СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш

Развитие технологии напыления для получения аморфных металлических пленок вызвало повышенный интерес к изучению их структуры и свойств. При исследовании аморфных металлических пленок обнаружены неоднородности структуры размером от I им до 10 мкм. Наблюдения, проведенные метода»« просвечивающей и растровой злектрокной микроскопии с использованием лазерно-дифракт оме три-ческой обработки полученных изображений, позволили выделить три размерных уровня неоднородностей структуры : 3 - 5 нм, 10-30 нм и 0,1 - 10 мкм, которые в разных работах связывали с окислением пленок, морфологией поверхности, особенностями магнитной структуры материалов.

Следует подчеркнуть, что из общего анализа работ по микроструктуре аморфных металлических сплавов (АМС) нельзя сделать однозначного вывода о причине образования неоднородностей структуры; а также о связи кезду их размером и различными свойства?.-» пленок.

В связи с этим, целью данной работы был анализ особенностей иикроструктуры аморфных сплавов полученных из газообразной и жидкой фаз (для систем на основе Мг или Ре ). К основным задачам, которые решались в ходе работы следует отнести :

1. Изучение влияния температурных условий осаждения на морфологию аморфных пленок сплавов на основе &' или Р« .

2. Формирование структуры пленок сплава на основе , используемых в качества сред для терыо-магнитной записи (ТМЗ) информации.

3. Сравнение особенностей формирования контраста в просвечивающем электронном микроскопе (ПЗМ) на оморфшх напыленных пленках и закаленных лентах. • •

Научная новизна. :

I. Сложное морфологическое строение АНС - столбчатая стр; к-тура, формируемая и процессе получения 1« из газовой фазы в зависимости от температурных условий осовдепия (при близкий скоростях осалдения), может быть трех типов : глобулярная, колсккой&я и ячеистая.

2. Микроструктура аморфных сплавов на основе N¡ или R. характеризуется кластерами размером 1-2 нм независимо от метода получения их из газообразной или жидкой фаз.

3. Особенности морфологии /столбчатая структура/ AMC, получениих из жидкой фазы связаны с образованием оксидов на поверхности фолы.

Практическая значимость Пленки сплава на основе с глобулярной и ячеистой мор-

фологией при содержании кристаллической фазы не более 10 об.% могут быть использованы в качестве материала для ТМЗ.

Установлены технологические режимы катодного напыления, позволяющие получать пленки с коэрцитивной силой Нс =2 - 3 кЭ и углом вращения Керра вк=0,5 - 0,7 град.

Апробация работы Основные результаты изложены в четырех печатных работах, доложены, и обсуждены на трех конференциях, а именно : Двенадцатая Европейская кристаллографическая конференция, Москва, СССР, август 20 - 29,1989 ; Международная симпозиум по магнито-оптике, сентябрь 10-13, 1991, Харьков, СССР ; 1У Всесоюзная конференция "Проблемы исследования структуры аморфных материалов", Ижевск, 1992г.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы, включающего 109 наименований источников. По объему занимает страниц машинописного тенета, в том числе 7 таблиц и 42 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе приведен обзор литературы по микроструктуре AMC, причем особое внимание уделено структуре напыленных металлических пленок. Рассмотрены также вопросы получения аморфных конденсатов и дан анализ магнитных и ыагнито-оптических свойств напыленных пленок для ТМЗ информации.

Многими авторами, изучающими AMC методом ПЭМ, обнаружены неоднородности структуры размерами I — 100 нм. Следует отмсчйтй значительное количество исследованных составов сплавов, разнообразие технологий получения пленок и вариации их режимов. Анализ зависимости структуры пленок от технологий их получения позволяет 'выделить два фактора, главным образом, определяющих микростру!

/

туру, которая формируется в процессе напыления. Это "приведенная температура" (отношение температуры подложки к температуре плавления для кристаллических пленок и отношение температуры подложки к температуре кристаллизации при отогреве аморфного состояния для аморфных пленок) и "скорость осалдения". Для кристаллических пленок установлено, что с увеличением этих параметров активизируются процессы диффузии в пленках, что приводит к изменению вида столбцов и, затем, к переходу от структуры столбчатого типа к равноосным кристаллам.

Внесте с тем, следует отметить, что в работах по изучению микроструктуры AMC, полученных как^из газообразной, так и из жидкой фаз часто не было проведено контроля химического и фазового состава пленок, анализа иикродифракционкых картин, не фиксировали время ыевду приготовлением и просмотром объектов исследования. В ряде работ даже не контролировали параметры процесса напыления образцов.

В связи с этим, представлялась необходимой постановка комплексного исследования структурно-фазового состояния AMC различных составов металл-металл ( Ме-Ме), металл-металлоид (He-lit ), приготовленных принципиально разными методами : напылением из газообразной фазы и закалкой из.гадкого состояния (3JSC).

Во второй главе .описаны составы сплавов, способы напыления пленок и методы исследования их структуры и свойств.

В качестве основных объектов исследования структуры были использованы сплавы СУе-Ме) и (Ue-Üfc ) на основе н; или F< . Составы сплавов выбирали таким образом, чтобы они находились в пределах известных из литературы концентрационных интервалов амортизации и имели достаточно высокие температуры кристаллизации при отогреве из-аморфного состояния,'что важно с точки зрения практического применения AUC. Были исследованы следующие сплавы:

N; so 12» 50* w; 50 ^ 50' * 50 й 40 2г 10' ^77 S* 14 0 9 и Fe QQ Tb 2Q, полученные в виде пленок методами лазерного и катодного напыления. Для сравнения использовали ленты (Ые-Mt )-А)10, полученные методом ЗБС.

Для исследования микроструктуры пленок н фольг применяли мотодику просвечивающей электронной микроскопии с использованием режимов дифракции, сввтлопольного и текнопольного изображений. Дяя анализа дифракционных картин использовали ЭВМ. Исследование про-

водились на электронных микроскопах "Н-800", " ЗЕ"- 200СХ", " 6S - 513".

Данные по послойному химическому анализу получали методами рентгеновской фгоэлектронной спектроскопии и Оже-спектроскопии на приборах "ESCMLAB - 5" и "PHI - 55Г.

В качестве основных характеристик пленок для ТМЗ били выбраны коэрцитивная сила , Нс,и угол вращения Керра, ек. Их измеряли на установке иагнито-оптический гистериограф. Точность измерения коэрцитивной силы составляла 0,05 кЭ, угла вращения Керра - 0,5. Измерения магнитных и магнито-оптических свойств проводили на образцах с защитными покрытиями ЯШ, /.

Использованный комплекс аппаратуры и методик позволил решить задачи, поставленные в данной работе.

В третьей главе описаны результаты исследования структуры АМС различных составов (lie-Me, Me-M-t. ) приготовленных методами лазерного напыления и ЗЖС.

Пленки сплавов N/i M ^q, ¿q'*''3 ¿q были получены методом импульсного лазерного напыления (время импульса,t =10 не, средняя энергия в импульсе, £ =0,25 Дк). Напыление проводили на неохлавдаемые подложки (монокристаллы MaCt- ) 12 их температура не превышала 500 К. Из таблицы видно, что значения приведенной температуры Т пп, /Т , которые зависят как от состава сплавов, так

Г* и^ц Ji • Л D«

и от технологических параметров получения пленок, для выбранных сплавов существенно не отличались.

Следует отметить, что влияние скорости осаждения на микроструктуру конденсатов в работе подробно не рассмотрено, что связано со сложностью сравнения этого параметра для импульсной и стационарной схем напыления. Вместе с тем, в методе катодного напыления, скорость осаждения учитывали при анализе микроструктуры, формирующейся при различных давлениях аргона.

* Измерения провлдили в плйпратории материалов внешних запоминающих устройств ЭВМ МИСиС и в Институте энергетических проблем химической физики РАН.

Таблица

Значения температур кристаллизации, температур подложки и приведенных температур сплавов на основе № или ье

Сплав :Способ .•напыления :Температура ¡Температура :кри сталли за-:подложки, !^».Ткр..К :Тподл.,К :Приведенная :температура •Т / Т подл/ кр.

лазерное 1000 500 " 0,50

лазерное 950 500 0,52

лазерное 650 500 0,59

(¿ц. В} лазерное 820 500 0,60

Реветь^ катодное 800 300 0,38

катодное 800 более 480 более 0,60

Ыикроструктура пленок сплавив № - Ме по результатам ПЭМ представляла собой округлые темные области средним размером 2-3 нм, окруженные светлой "сеткой" толщиной I - 2 нм. Структура пленок не зависела от изменения второго компонента в сплаве при условии примерного равенства приведенных температур (см.табл).

Наблюдаемые особенности микроструктуры, в соответствии с абсорбционным контрастом, характерным для аморфных объектов, могли быть интерпретированы как области различного химического состава и как результат особенностей морфологии пленяй (рельеф поверхности и изменение плотности, связанное с рыхлостью и "дефектностью" материала). Чтобы разделить вклад этих факторов в контраст на напыленных аморфных сплавах, приготовили и исследовали аморфную пленку чистого вещества - углерода. Микроструктура осажденного углерода, как и в случае напиленных пленок металлических сплавов, состояла из темных областей размерами ~ 2 ни, меаду которыми видна "сетка" талой же толщины. Таким образом, наблюдаемый в напыленных аморфных пленках сплавов К." - Ив контраст следует связать, в основном, с морфологией объекта, а не с различием химического состава.

Наличие в структуре аморфных пленок областей размером 2- 5 нм отмечали многие авторы. Было показано, что округлые области могут представлять собой проекцию столбцов (вид сверху).

В кристаллических пленках столбчатая структура формируется при низкой подвижности осадценных атомов, обусловленной как технологическими параметрами напыления ( температурой подложки, скоростью осаздения частиц), так и характеристиками материала (температурой плавления, коэффициентом диффузии осаждаемого вещества).

При напылении аморфных пленок реализуются "жесткие" условия, ограничивающие подвижность частиц на подложке, поэтому объяснение сложного строения конденсатов моделью столбчатой структуры представляется правомерным. Это подтвервдзят и изестные из лите-тарурц расчеты "кораллообразного" роста аморфных пленок. Таким образом, округлые области в микроструктуре напыленных аморфных пленок представляют собой столбцы диаметром 2-3 ни, а наблюдаемая между ними "сетка" толщиной I - 2 нм является рыхлой, "дефектной" областью пониженной плотности материала, столбцы могут выступать над поверхностью пленки, создавая, так называемый "бугорковый" рельеф.-Морфологический тип структуры, состоящей из отдельных столбцов диаметром 2-3 нм, можно-назвать колонковым, а такие столбцы - колонками.

Наблюдение описанной визе структуры в режимах недо- и перефокуса показало, что на границах колонок, т.е. на участках резкого изменения "массовой толщины" (пемпада плотности и изменения рельефа) происходит изменение фазового контраста (величина дефокусировки составляла ^ 1000 нм). Аналогичный эффект наблюдали при дефокусировке изображения напыленной кристаллической пленки золота, имеющей столбчатое строение с размером столбцов Б - 8 нм и "сеткой" меиду ними толщинойнм. Это подтвердило, что контраст определяется, главным образом, морфологией объекта и не зависит от того, какой материал имеет столбчатую структуру - аморфный или кристаллический.

Следует отметить, что на ряде электронограмм исследованных пленок сплава № - ИЬ наблюдали раздвоение гало от аморфной фазы. Чтобы определить, к какой кристаллической фазе относится тип ближнего порядка, соответствующего различным локальным максимумам гало, был проведен расчет на ЭШ дифракционных профилей всех фаз системы № - Нь , для которых известны структурные ти-

х Расчет проводили по программе разработанной на кафедре рентгенографии и физики металлов МИСиС н.с. Шелехсвкм Е.В.

аэмытие дифракционных диний кристаллических фаз выполняли до ирины гало примерно равной ширине экспериментального профиля, ри этом размер областей когерентного рассеяния составил 1,5 нм. равнение рассчитанных теоретически и полученных экспериментально «фракционных картин позволило предположить наличие в исследован-ой аморфной пленне областей с двумя типами ближнего порядка : /;3М!> и М» , что может быть связано с началом расслоения аморф-ого состояния в результате разогрева подложки при напылении, месте с тем, наблюдаемая микроструктура в случае раздвоенного ало существенно не отличалась от структуры участков, от которых егистрировали обычную аморфную картину дифракции. Это подчерки-ает факт отсутствия влияния состава на столбчатую морфологию ыорфной пленки.

Для определения зависимости микроструктуры напылении* AMC от риведенной температуры были исследованы пленки сплавов

50 ^ 40 ^ 10 и ^ 77 14 ® 9* отличие от сплавов на снове V; ( Тподл>Д ~ 0,5^ приведенная температура сплавов на 1СНове составила Тподл /ГКр ~ 0,6 (см.табл.). Составы спла-юв были выбраны так, чтобы сравнить микроструктуру сплавов Ме-Ме i Me-Mt и учесть влияние атомов металлоидов ( Si, В ) на особенности структуры конденсатов.

Пленки сплавов на основе Fe. , как и в случае пленок спла->ов йа основе kJ; , были получены импульсным лазерным напылением 1ри таких же технологических параметрах.

Размер ячеек "сетки" в пленках сплавов ^50^40^10 и Fe yjSi 8 g , по сравнению с пленками сплавов на основе Ni , «меющими большую температуру кристаллизации (си.табл.) увеличился 10 5 - 6 нм. Толцина сетки не изменилась и составила ~2 нм. Более внимательное рассмотрение микроструктуры позволило выделить внутри ячеек отдельные столбцы размером 2-3 нм, подобные колонкам в сплавах на основе tJl . .

В работах Палатника JI.C. для ранних стадий роста кристаллических пленок показано, что с увеличением температуры подложки . могут протекать процессы коагуляции или коалисценции, т.е. объединение отдельных частиц с сохранением или исчезновением границ между ними. Это приводит * уменьшению поверхностной энергии.

По-видимоцу, снижение температуры кристаллизации, и, следовательно, повдаение величины приведенной температуры,способствовало коагуляции, "слипанию" колонок й образованию ячеек. Таким

образом, ячейки представляют собой области коагуляции млонок. Такой тип морфологии аморфных пленок может быть назван "ячеистым". '

Следует отметить, что структура пленок на основе Ffe не зависела от состава сплава Ме-Ме или Ме-М-Ь (температуры кристаллизации существенно не отличались, см.табл.). Вместе с тем, в пленках сплава fe 77 Si J4 ß g отмечено наличие кристаллической фазы ( <А - Fe), кристаллы которой ввделялись внутри ячеек. Их размер составлял 3 - 5 нм и коррелировал с размером колонок, не нарушая морфологии пленки.

Выделение кристаллической фазы в пленках с ячеистой ыорфоло* гией, может быть связано, как с нарушением условия получения аморфных конденсатов : Т_.п„ < (0,6 - 0,7) Т„_ , так и с присут-

. ilw/yl • К^«

ствием в сплаве бора, отличающегося высокой летучесть» и, вслед-ствии, этого с выходом состава пленки из интервала аморфизации . в процессе напыления.

Таким образом, анализ микроструктуры пленок сплавов на основе № или f-e- , полученных импульсным лазерным напылением, позволил выделить в напыленных конденсатах три элемента структуры : колонки, ячейки и "сетку" - участки пониженной плотности материала между колонками или ячейками. При увеличении значений приве -денной температуры менялся морфологический тип столбчатой структуры. При /ТКр ~ 0,5 пленки имели колонковую морфологию, а при Тподл /ТКр ~ 0,6 - ячеистую. Образование ячеек сопровождалось вьщелением кристаллической фазы. ,

Далее, в работе была исследована микроструктура аморфных металлических фольг, полученных двухсторонним утонением (полировкой) быстрозакаленной ленты сплава 77 14 ^ 9 • Во^избежа-ние окисления, фольги непосредственно перед просмотром очищали аргонной пушкой. На микроструктурах "чистых" фольг отсутствовали какие-либо неоднородности контраста. Однако, исследование фольг после вылеживания в течение трех суток показало; что на- них видна "сетка" со средним размеров ячеек 5 нм, которая подобна наблюдаемой в напыленных AMC, поэтому контраст на аморфных лен-• тах следует связать с окислением образцов. Этот факт подтвердило наблюдение микроструктуры пленки оксидов, образовавшихся в результате "зарастания" отверстия в фольге.

Таким образом, контраст в виде "сетки", полученный рядом аьтороЕ в ПЭМ на лентах аморфных сплавов, связан с морфологическими особенностями оксидных аморфных пленок, конденсирующихся на поверхности лент. При этом, естественно, что морфология

оксидной пленки подобна морфэлогии напыленных металлических пленок.

Исследование микроструктуры пленок сплавов на основе К'г или Г-С. » полученных, как из газообразной, так и из жидкой фаз, в 'режиме темного поля позволило вццелить области (кластеры) размером 1-2 нм. Важно, что их размер не зависел ни от химического состава сплава, ни от способа получения амор^ого состояния и они, видимо, отражают атомную структуру аморфного состояния.

В четвертой главе приведены результаты исследования структуры и свойств пленок сплава на основе , полученных методом катодного напыления. Такие пленки используются для ТМЗ информации, которая заключается в изменении магнитного состояния локальных участков материала в результате одновременного воздействия магнитного поля ( Н=0,5 - I кЭ) и температуры ( Т" 400 К). Считывание информации с таких носителей проводится за счет маг-нито-оптических эффектов, связанных с поворотом плоскости поляризации лазерного луча при отражении света (эффект Керра). Для реализации ТМЗ требуется материал, характеризующийся высокой коэрцитивной силой (Нс = 1-5 кЭ) при составе близком к точке компенсации (когда сумма магнитных моментов атомов разных сортов равна нулю) и большим углом вращения Керра ( ек > 0,3 град-.). Указанными свойствами обладают аморфные пленки сплавов на основе систем переходный металл-редкая земля (ПМ-РЗ), в частности, плен. яи сплава ^ 80 ^ 20 •

Несмотря на большое число исследований, посвященных проблеме ТМЗ и на то, что на отдельных образцах в ряде работ были получены удовлетворительные значения рабочих характеристик пленок : коэрцитивная сила Нс = 2 - 3 кЭ, угол вращения Керра ек =0,5град, следует отметить отсутствие систематизированных данных по влиянию технологических параметров процесса напыления (температуры подложки,, давления "аргона и т.д.) на структурно-фазовое состояние и свойства конденсатов, что затрудняет практическое использование

таз.

. Влияние температурных условий осадцения на микроструктуру пленок сплава на основе ^ ТЬ Исследование структурно-фазового состояния пленок сплава На основе РеЛЬ ^ показало наличие в пленках следов кристаллической фазы (<А- РеЛ, размер кристаллов составил 3-5 нм. Это позволило Предположить, из условия появления кристаллов в аморйяых кондеи-

сатах : Тподл ^ 0,6 ^кр.' .чт0 температура подложки составила Тподд> 480 К. Пленка имела ячеистую морфологию с размерами ячеек 10 - 15 нм, которые состояли из колонок диаметром 3 нм, толщина "сетки" составила 2-3 нм.

По сравнению с импульсным лазерным методом напыления катодное напыление отличается более низкими энергиями частиц и меньшей направленностью их потока из-за присутствия ионов инертного газа. Видимо, в результате этого форма ячеек в пленках полученных катодным напылением была более разнообразна и отличалась разбросом количества колонок, объединенных в одну ячейку /от I до 8/. Причем, в отличие от микроструктуры пленок сплавов <с 50 й40^0 V & 77 & 0 д, полученных при таких же значениях приведенной температуры /Т.,,. ^ 0,6 см.табл.) границы мевду отдельны-

ПОДЛ* •

ми колонками выражены почти также четко, как и между ячейками. Это может быть связано с большей склонностью к окислению сплава на основе '^Ь ( из-за наличия тербия), и с присутствием инертного газа при катодном напылении, что затруднило процессы коагуляции.

Значительное снижение температуры подложки (приведенная температура уменьшилась до Тподл>ДКр ~0,4, см.табл.) позволило получить другой морфологический тип столбчатой структуры, глобулярный. Пленки с глобулярной морфологией состояли из более крупных, по сравнению с колонками, столбцов размером 25 - 30 нм, окруженных "сеткой" толщиной 5-7 нм.

Для кристаллических напыленных пленок известно, что формирование структуры зависит от преимущественного протекания одного из трех процеесоа : явления "сашэатенения", поверхностной диффузии ■ адсорбированных атомов и диффузии атомов в объем пленки. Явление "самозатенения" заключается в том, что при ограниченной подвижно-, сти атомов на подложке при напылении в "жестких" условиях атомы занимают положения в местах первого касания и появляются участки подложки, "затеняемые" самим растущим кипдонсато».

Кавдый из этих процессов является доминирующим при определенных условиях, которые зависят от значения приведенной температуры. Если приведенная температура ТПОдлУ*пл. * • то Рост пленок определяется эффектом "самозатенения" к при этом образуются крупные расширяющиеся к верху столбцы типа глобул. Когда приведенная температура находится в интервале 0,3 ТП0ДЛ> ДГ1Л- 0,5, то ведущим оказывается процесс поверхностной диффузии, что приводи*

к образованию столбцов в виде игол, колонок. И, наконец, при значениях Тподл.^пл.'" особенности роста кристаллических пленок зависят от протекания объемной диффузии и осажденная пленка состоит из равноосных зерен, столбцы не образуются. -

•Таким образом, аморфные напыленные пленки, имеющие глобулярную морфологию, формируются при низких значениях приведенной температуры, в условиях "самозатенения". Увеличение приведенной тешературы приводит к изменению глобулярной морфологии (Тподд / Т ~ 0,4} аморфных пленок на колонковую ( ТП0ДЛ /ТК^^ 0,5) и затем, ячеистую (Тподл /Т^ ~ 0,6), при которой появляются следы кристаллической фазы, что может быть связано с достижением граничного значения приведенной температуры из условия получения конденсатов в аморфном состоянии (0,6 - 0,7) Тпбдл /Т.^ .

Следует отметить, что на некоторых пленках с глобулярной морфологией обнаружены участки, структура которых была подобна структуре пленок, полученных при повышенных значениях приведенной температуры, т.е. состояла из колонок размерами 2-3 нм. Такое явление мояет быть связано с локальным разогревом отдельных участков пленки в процеке напыления.

Представляется важным тот факт, что увеличение мощности разряда от 0,5 кВт.до I кВт также привело к разогреву подложки, что вызвало переход морфологии от глобулярной к ячеистой и сопровождалось выделением кристаллической фазы ( «С - {«. ).

Вместе с тем, если глобулярная морфология формируется вследствии эффекта "самозатенения", то она должна отсутствовать при напылении пленок на торцевую поверхность подложки. И, действительно, при напылении под углом 90° к потоку частиц формировались пленки с ячеистой морфологией.

На микродифракционных картинах от пленок сплавов на основе, как с глобулярной, так и с ячеистой морфологией, видно кроме гало металлической фазы состава ИгТЪц ; гало соответствующее оксидной фазе. Наличие интенсивного гало аморфного оксида связано с содержанием в пленке легкоокислкющегося элемента - тербия.

Наблюдение микроструктуры пленвк сплава на основе в

режиме темного поля показало* что "сетка" хорошо "светится" в учартке.гало оксидов, в отличие от столбцов, которые "светятся" в участке гало металлической фазы. Это означает, что оксиды расположены, главным образом, по "сетке". Вероятно, окислению в первую

очередь, подвергались более тонкие и (или) рыхлые участки пленки. Области между столбцами ("сетка"), имея в виду их связь с процессами роста конденсата, являлись более рыхлыми и тонкими. Поэтому, именно, "сетка" должна была подвергаться окислении.

На ранних стадиях роста пленок (при'толщинах менее 20 нм) окислению подвергались как "сетка", так и тонкие,-вероятно, выступающие над поверхностью столбцы. Поэтому, структуры, полу ценные в темном поле участка гало оксидов и гало металлической фазы тонких пленон на основании качественного анализа контраста в ПЭЫ существенно не отличались.

Данные рентгеновской фотоэлектронной и Оже-спектроскопии показали, что пленка сплава на основе РёТЬ окислялась на глубину нм без защитного слоя в.течение суток, причем, не только Л» , но и fe находились в охмеленном состоянии.

Влияние технологических параметров катодного напыления на структуру и свойства пленок сплава на основе

Изменение таких технологических параметров процесса напыления, как давление аргона Р&р =5-80 мТорр, напряжение смещения 1ИСМ1 =0 - 200 В(по. абсолютной величине); время напыления V =20-300 с при сохранении значений приведенной температуры, не вызвали изменения типа морфологии пленок. Вместе с тем, в пленках с глобулярной морфологией изменение'давления аргона от 5 мТорр до 50 мТорр и времени напыления от 20 с до 300 с (толщина пленки менялась о"- б нм до 100 нм) повлияло на характер расположения глобул и на их размер.

Анализ микроструктур пленок различной толщины показал, что при толщине пленки 40 - 60 нм и давлении аргона 10 мТорр глобулы расположены наиболее плотно и имеют средний размер 25 - 30 нм. При больших толщинах наблюдали увеличение среднего размера глобул при сильном paaCjpocs что привело к уменьшению за- •

полнения пространства пленки. Для более тонких пленок набледали уменьшение удельной площади, занимаемой глобулами, что связано о уменьшением, как числа глобул, гак и их размера.

Зависимости значений коэрцитивной силы и угла вращения Керра от толщины пленок имели максимумы при толщинах 40 - 60 нм, т.е. наилучшими свойствами (Нс=1.2 кЭ, ©к »0,7 град) обладали пленки с наиболее однородной структурой.

Тонкие пленки (толщина 6-20 нм) с мелкими глобулами (7-10нм) сильно окислялись, вследствии этого их "эффективный" химический состав удалялся от точки компенсации, что сопровождалось ухудшением магнитных и магнитооптических свойств. В. то время как в толстых пленках (толщина 80 - 100 нм) уменьшение коэрцитивной силы и угла вращения Керра могут быть связаны с сильным разбросом размеров глобул (10-80 нм).

При варьировании давления аргона в диапазоне от 5 {Дорр до 50 tiTopp средний размер глобул менялся не существенно (в пределах 20-40 нм). Однако, в отличие от исследованной серии образцов разной толщины, при увеличении давления аргона Рар > 20 мТорр, наблюдали образование конгломератов из отдельных глобул (3-5 глобул). Это мотет быть связано с тем, что при увеличении давления аргона растет скорость осавдения, что вероятно, приводит к коагуляции отдельных глобул в ячейки.

Максимальные значения свойств (Нс=0,8 кЭ, е =0,1, измерения свойств пленок данной серии проводились на образцах без напыленных защитных слоев) были получены при значении давления аргона

»20 мТорр, когда как и в случае разнотолщинных пленок глобулы диаметром ~"30 нм были расположены натболее плотно.

Переход от пленок с глобулярной морфологией к пленкам с яче-' истой морфологией при наличии до 10 об.% кристаллической фазы ( U - Fe.) размером 5 im позволил говысить значение коэрцитивной силы до 3 кЭ. Что, видимо, связано с тем, что кристаллы затрудняют процессы перемагничивания. Увеличение давления аргона от 8мТорр до 80 мТорр и напряжения смещения по абсолютной величине от 0 до 200 В привело к росту доли кристаллической фазы. Результаты Оже-спектроскопии показали, что при увеличении абсрлютнсй величины напряжения смещения изменился средний состав пленки по тербию от 23 ат.% до 16 ат.%. Поэтому увеличение доли кристаллической фазы может быть связано с выходом за пределы концентрационного интервала амортизации.

Изменение химического состава пленок, сопровождающееся увеличением доли кристаллической фазы (более 10%) и удаление в связи ' с этим, от компенсационного состава) привело к ухудшению свойств: величина, коэрцитивной силы уменьшилась ят 3 кЭ до I кЭ, угол вращения Керра менялся от 0,5 град до 0,2 град.

Таким образом, в качестве материала для ПАЗ могут быть использованы пленки сплава на основе РеТЬ , как с глобулярной, так и с

ячеистой морфологией.. Допустимое содержание кристаллической фазы ( о^ - £«} не более 10% (по объему),. ... .....

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ И ВЫВОДУ

1. Микроструктура аморфных сплавов на основе Н1; -или Ре, полученных, как из газообразной, так и из жидкой фаз, характеризуется кластерами 1-2 ни, размер которых существенно не зависит, от химического состава сплава и метода получения материала (по данным амплитудного контраста в ПЭМ),

2. Сложное морфологическое строение (столбчатая структура) аморфных напыленных пленок является следствием технологии напыления и отражает процессы роста конденсатов. В случае аморфных сплавов, полученных из расплава, подобная структура может быть связана с" образованием оксидных пленок на поверхности фольги.

3. В напыленных пленках сплавов обнаружены три морфологических типа столбчатой структуры : глобулярная, колонковая и ячеистая, которые по данным фазового и абсорбционного контраста в ПЭМ, отличаются диаметром столбцов, толщиной и характером расположения областей пониженной плотности ("сетки").

Глобулы представляют собой столбцы диаметром 10-80 нм, толщина "сетки" меаду ниш, соответственно, составляет 30-5 нм. Колонки - столбцы диаметром 2-3 нм, окруженные "сеткой" толщиной 1-2 нм. Ячейки размером 5-15 "нм состоят из нескольких крлонок и разделены "сеткой" толщиной 1-2 нм.

4. Немон тонное изменение свойств (коэрцитивной силы и угла, вращения Керра ) при глобулярной морфологии пленок сплава на основе

-определяется неоднородностью заполнения глобулами пространства пленки, которая зависит от среднего размера глобул. Лучшие свойства ( Нс = 1,2 кЭ, вк =0,7 град) при данном типе морфологии наблюдали при среднем размере глобул 25 30 нм (толщина пленок 40 - 60 нм, давление аргона 20 кТорр). * .'

Уменьшение среднего размера глобул приводит к интенсивному окислению и удалению, вследствие этого, "эффективного" химичес-' кого состава пленки от точки компенсации. Увеличение среднего размера глобул (более 30 нм) сопровождается сильным разбросом их размеров, что, по-видимому, облегчает процессы перемагничивания и уменьшает коэрцитивную силу. .

5. Наличие кристаллической фазы ( «( ) не более 10 об.Й размером ш в пленках с ячеистой морфологией сплава на основе ять

приводит к увеличению коэрцитивной силы до 3 кЭ. Угол вращения Керра при этом составляет 0,5 град.

6. При конденсации аморфных сплавов температурные условия осаждения определяют морфологический тип столбчатой структуры напыленных пленок (при близких скоростях осаждения). Для исследованных сплавов на основе М» или ^ определены значения приведенной температуры (отношения температуры подложки, Тподл , к температуре кристаллизации при отогреве из аморфного состояния, Т ), соответствующие различным типам морфологии : глобулярная - ^од^/Т^-^О^, колонковая - Тподл/Ткр~ 0,5 , ячеистая - Тподл/Ткр> ~ 0.6! При этом образование ячеистой морфологии обычно сопровождается ввделениеи кристаллической фазы.

I »

-Iß-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

/. УА'М /А* ¿¿utcfutes /е* ^унеЛ-qi/ttt f ¿ext

UCotc/,iy . fruJ- t* ¿rortirV Si**-

/tfA. АС/ v ¿/sHjbrS'f V/V, /•■/,(- £JT,//>AfS.

JZ/r s/t-jes/t/re e/fffiztH^eus o/fof /Z'Ar

fer MOftit^e -pj'A'ead .

СгуЖ/бры/ьА/е /%>0reew, ¿fSS/?/ ¿?uj>«r/ Z/P-J?,

/SPS. Co/fe^rv/ a/jJtvZ/s;. - к 4 -/> £

3. c/epe*</&ttct в/ s&qfHtSo-cp/sca f а**с/

*u<b'e r 72 ¿Aar. ¿;у*<;

¿¿tir itv as.j £S»en>f Sbba/oHJ fifj

в/ fytfer.U** 0» V^rW/o Sya/rA*/*-

/0-/J, /ff/, Mjriew, -W/.-/>r<r/!

'4.Н&нерал H.B. ,Скаков D.A.,Соколова И.Л. Особенности структуры аморфных пленок сплавов на основе или Ks .полученных импульсным лазерным напылением // Сб.Тезисов 1У • Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных материалов" Ижевск.-1992.-с.103.

Заказ37S Объем 1'п.л. Тираж 100 экз. Типография ЭОЗ ДОСиС,ул.Орджоникидзе,8/9.