Структурные превращения и процессы перемагничивания в тонких ферромагнитных пленках системы железо-никель тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

АЩШКН НШ СССР ТРАНС КОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДШ ТШОВОГО КРЛЗНОГО 2ШШШ ИНСТИТУТ ШЗПШ 1ШШ03

На прзнах рукописи

УДК 537.624:539.215.2: 536.42:669.15

КАаШВ Владаея Георгнеют СТР7КШШЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ПРОЦЕССЫ ПЕРЗШИНЧИШИЯ

в тшних «шшдгаишх плитах сштшы гедвзо-нишь

0L04.II - дпзяка шгштннх явлений

Автореферат дгссертацки на соискание ученой, степени доктора фЕзгко-матемапгаесшис наук

СВЕР^ДСИЗК - 1989

Работа выполнена в 'Иркутской государственном педагогическом институте.

Доктор физико-математических наук, про+ессор Кандауро-вз Г.С.

Доктор физико-математических наук, старзкЯ научный сотрудник Глезер Л.А.

Доктор технических наук, стаозий научный сотрудник Илья'сенко 8.И.

Зедудее предприятие - Институт физики твердого тала к полупроводников АН БССР

Защита состоится _"_______________15 г.

в __ часов на заседании специализированного

совета Д 002.03.01 при Институте физики металлов УрО АН СССР (620219, г.Свердловск, ГСП-170, ул.С.Ковэлев-ской, 1В).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрС АН СССР.

Автореферат разослан "__"_______1& г.

Ученый секретарь специализированного совета

Официальные оппоненты:

доктор ¡¡-кэико-математичэских наук

введений

Актуальность теш. На современной этапе развития микроэлектроники а вычислительной техника остро стоят проблема выявления законоиерностей формирования магнитных свойств тонкопленочных образцов. Одним из основных путей раскрытия механизмов формирования магнитных своИств пленок является изучение их доменной структура н процессов перемагничивания, которые в большей степени зависят от таких факторов как атоьао-кристаллическая структура, м&гаитоупругие и мягнптосгатяческне взаимодействия. Поэтому для решения указанной проблемы необходимо всестороннее исследование особенностей перемагннчявакля пленок с учетом указанных факторов.

В плане поставленной проблемы удобный обьектоц исследования являются пленки система гелезо-никель, поскольку, подбирая соответствуй^!! концентрационный интервал составов, шшо на пленках одной систеш детально изучить влияние атомно-струк-турных превраценяй, магнктоупругих п магнитостатическкх взаимодействуй на магнитные свойства пленочных образцов я выявить закономерности форсирования нх свойств.

Железо-никелевые пленки находят применение в вычислительной технике. В частности, они применяются в качестве продвита-адах а считывающих структур в 37 на 1ВД, при изготовлении регистров на плоских магнитных доиенах, а такае является перспективными в плане их использования в 37 с произвольной выборкой пнфораавш.

Однако, до начала наших работ были изучены лишь отдельные вопросы влияния структурных и других факторов на магнитные свойства тонкопленочных образцов. Систематические п комплексные исследования в этом направлении не проводились, что существенно задергивало разработку физических основ получения мат-1 нптных пленок с заданными свойствам. В литературе имелось из-ло данных о влиянии структурных превращений на процессы пере-матничиванпя пленок. Цехду тем, при изменении их структурного состояния происходит значительное изменение ьшгнитных параметров. Это дает возможность путем создания определенной структура материалов, которая формируется в процессе термической обработки, направлевно изменять свойства хонкопленочных образцов.

Особенно болмой интерес представляет исследования структурных превращений, происходккх при тершческой обработке пленок зелезо-никелеБих сплавов в области низких температур ( ^450°С). При этах температурах в пленках с болызки содержанием к еле за (64-75^) пошно фазовых превращений, происходит изменение тонкой атомной структура, которое оказывает значительное влияние на магнитные свойства образцов. Поэтому изучение атоыно-структурных превращений, протекаицих при низкотемпературных отшгах, представляет большой интерес в плане реализации дополнительных возможностей формирования свойств хеле-зо-нпкелевых сплавов.

¿ля целенаправленного изменения характеристик материалов необходимо мыеть сведения об особенностях изменения структурного состояния пленок при низкотемпературных превращениях, а так»е о взаимосвязи между атог-шо-нристаллической структурой а фазическлш свойствами.

Анализ теоретических п оксперклентальных работ, опубликованных в советской с зарубежной литературе, показал, что шогие особенности структургшх превращений, гротекаизих в процессе низкотемпературных отгигов в хелезо-никелевых пленках до начала налих исследований, были не выяснены. Особенно слабо была изучены ранние стадии расаада, предшествующие ^ переходам, отсутствовали систематические данные о влиянии твердофазных реакций, протекающих при отзиге в области низких тешератур С ^ 450°С) ^ превращения. Практически не

было исследовано воздействие расслоения ОЦК и ГЦК тверда растворов на магнитные параметры и процессы перемагничивания Еелезо-кикелевых образцов. Ыезду тем, без выяснения этих вопросов, невозможно направленное формирование свойств хелезо-ни-келевых пленок полиморфных сплавов.

Использование в качестве объектов исследования гонких пленок, в которых более высокая, чем в пассивных образцах диффузионная подвияность атоыов, существенным образом облегчает решение ряда физических задач, связанных с исследованием процесса распада и разработкой методов формирования свойств железо-никелевых сплавов.

В процессе фазовых превращений, протекающих в пленках, не редко возникают значительные упругие ыикронапрягенг.я, которые

вдаяот на дшенную структуру, Еоэрцитпвяуа силу, пола влизо-трогшн и ряд других параметров, то есть упругие напряжения, как я структурные превращения, вносят больсой вклад в формирование свойств пленок. Кроме того, исследование процессов пере-вшшчившшя пленок, подвернутых действии упругих шшрязеняй, дает возможность па призере валуумшх конденсатов глубже и детальнее изучить цели! ряд физических вопросов в области магнетизма (природа коэрцитивной салу, особенности изменения доменной структуры образцов в квазистатнческах я импульсных полях, механизм продкиеняя доыешшх грани« я т.д.). Следует такте пнеть ввиду, что этот вопрос важен а в практическом отноаеняи. Йрз сборке к эксплуатации блоков магниткыо пленка могут повергаться воздействии внесших у прутах налрягенлй, которые прз-водят к сбои в работе запошшавдих устройств. В связи с зтем для обеспечения надежной работы ЗУ необходимо установить закономерности влияния упругих напряжений на магнитные свойства и процессы перемагничнваяля пленок. Определенные результаты в плане рассмотренной задачи получены В.А.Ц^равихинш и А.Г.Лесником. Тен пе менее, з указанной области исследований имелся целый ряд нерешенных вопросов. К началу нагих работ не было на-.детешх оизпер:а!енталышх данных о механизме влияния упругих пеярязеялй на коэрцптлвну» сиг/ ферроиагттпих плеяоя разной тодцшы. Практггчесгл: отсутствовала данные по псследовашш влияния упругих деформаций на процессы импульсного перемагнпчива-хшя. Те™з пе проводаись систематические исследования, рас-крывахше механизм влдяаия упругих напряжений па сползание доменных границ.

В настоящее время идет интенсивное развитие ЗУ на глипт-пых доменах. Элементной базой ряда таких П7 язляэтея раздач-ше продвигавшие я считывавшие структуры. В частнвстп, они попользуется в Ш на плоских магнитных доменах (ЩД). Под воздействием магнитного поля домены в продвигающих регистрах стремятся приобрести размер п форду, свойственные одиночным НМД з сплопной п однородной пленке. Поэтов для эффективного конструирования элементной базы ¡37 необходимо знать особенности поведения одиночных ПЦД во внесших магнитных полях. Выявленные при этом закономерности составят физическую основу для объ®не-

нля поведения доменов в чикроучастках различной

Величина критических полей, характеризующее процесс« за-рондйния и иродшкення доменов, их устойчивость в большой степени зависят от действия локальных нагнятостатачесшх полей рассеяния, суцествуюцнх на краях штанных элементов. Особенно болызой вклад магнятостатические поля вносят в процессы пере-кагиичивация магнитных элементов кшерошшх размеров (полсюкп, низкокоэрэдтивные каналы).

Установив связь между характером действий локальных ма-гшгтостатических поле!! на процессы перемагыичквания с геометрическая и магнитными параметрами элементов, ш.~но направленно оюрмирозать их свойства.

Це:.;ду тем, влияние магнитостатических взаимодействий на свойства одиночных доменов, на магнитную структуру, процесса зарождения ПМД в каналах до последнего времени было практически ке изучено.

В свете вшеизлаченного, актуальной является проблема выявления закономерностей взаимосвязи атодао-кристаллической структуры, магнитоупругих и магнитостатических взаимодействий с магнитными свойства® и процессами перемагничивания гелез.о-никелеьых вакуумных конденсатов. Реаение этой проблемы имеет вареное народнохозяйственное значение, поскольку закладывает физические основы для разработки методов формирования оптимальных свойств у тонкопленочных магнитных элементов, используемых в различных устройствах микроэлектроники и вычислительной техники.

Цель »аботы и выбор объектов исследования.Основной целью

настоящей работы являлось изучение влияния атомно-структурных превращении, магнитоупругих и магнитостатических взаимодействий на магнитные характеристики и процессы перемагничивания нелезо-никелевых пленок. Установление на этой основе механизмов формирования магнитных свойств тонкоплекочных образцов- для разработку новых технологических приемов и способов обработки, позволяющих получать пленки с заданными свойствами.

для достижения этой цели были поставлены следуэдие задачи: I. Изучить низкотемпературные ( ^ 450°С) атомно-структур-

гшо превращения з авдезо-ызкелевах конденсатах ш раннах стада га: распада, предшествующа! форгаровашш новых Фаз. Выявить вгаянао низкотемпературных твердофазных реакций, проаоходпаах о ОЦК а ГЦК твердых растворах, на протекание посдздущах прззрадеяаЗ.

2. Исследовать дсмзпяуо структур, процесса поремагначл-гания а механизм форюрованая иапштннх свойств в гелззо-ш!-кэлзвнх пленках в зависимости о? ах структурного состояния, :.;а-гаатоупругах а иагцитостатнчосклх взаимодействий. Выявить на 8тоа ссновз пути направленного асмоненая магнитных своЁатп тон-аопленочшгх образцов для ах пртеаенпя в ыпвроалектрошпю и других областях техаагл.

3. Устеновать влияние магнатоупрутах п магнитостстачес-етг взазшодействай на процессы намагничивания локальных участков тонкопленочкых образцов. Выявить закономерности изменения фоп.ы а размеров одакочша .доменов под до1&твяен внешних г*аг-шшшх полай. Изучить влияние собственных размагничивающих полей одиночных доменов я магнитных параметров пленок на устойчивость ШД к глепним магнитным пол®. Используя метода высокого разрешения, исследовать влияние локальных разиагнпчава»-•сих полей от краев кизхокозрцитившх каналов на тонкув структуру налглгютенностя, процессы зароаденля я продвпхегая ЕЩ л каналах.

Выбор составов вакуумных конденсатов определялся задочз-га ассдадовазал. Для изучения особенностей структурна прзврз-пзиай и их влияния па свойства пленок была взяты с плат голе-со-никааь с больпаи содержанием гелеза (61-75?э), в аоторох могло направленно аетепять атошга-прасталлическуа структуру прл относительно низких температурах ( ^ 450°С) а за счст стого з сороках пределах варьировать фаззчоскле свойства образцов.

С целью выявления закономерностей влияния упругих непря-гегшй на магнитные свойства пленок использовались магаитостра-кцаошше хелезо-никелевае образцы, содераагяе (64-75$) а (10-30^) железа.

для проведения исследований, раскрывающих особенноста процессов зарождения а продвааеаая Шд в низкокоэрцитивннх каналах (НК), били выбрали пленка сплавов ^елезо-ялкелг-с- мала» со-

дерганием железа ( г нелезо-никелевые пленки, легирован-

ные кобальтом с константа:.® шгнитострикции близкой к нули и не гспнтывавщие структуре превращения при низкотемпературных отжигах. Это позволило исклднить влияние структура и упругих напряжений на процессы переыагничивания НК и более четко выявить влияние ыагнитостатических взаимодействий на перелагшчл-вшше магнитных элементов, а также получить пленки с достаточно больший значениями поля аннзотрошш (порядка 2000А/ы).

Научная новизна. Автором впервые получены следуйте результаты :

Установлено, что при относительно кизкнх температурах ( ^ 450°С) в тонкдх пленках сплавов К26-Н34 на ранних стадиях распада протекает процессы концентрационного расслоения. Выявлена взаимосвязь ыегду перераспределением атомов в аусте-нитных и мартенситкых образцах п особенностями процессов превращений. Показано, что в результате расслоения - твердого растворапревращение протекает- в две стадии. На первой стадии превращения происходят образование высоконикелевой - базы. При более высокой температуре (вторая стадия) Фазовый состав меняется главным образом за счет появления парамагнитной - фазы, которая образуется аз обедненных шжелеы областей с ОЦК структурой.

При исследовании низкотемпературных атогпю-структурных превращений, протекаэдих в аустените, обнаругено, что на начальной стадии распада происходит расслоение г&'.гла-твердого раствора с образованием обогащенных и обедненных никелем областей и последующие выделением новой фазы с ОЦК ресеткой. Изучена кинетика этого процесса., Ка основе анализа терлодинамлчес-ких условий протекания структурных превращений и экспериментальных результатов выявлены причини, определяющие различие в кинетике процесса распада ГЦК твердого раствора в зависимости от состава и температуры.

Данные об особенностях протекания низкотемпературных тве-рдоаазш'х реакций в тонкопленочных образцах позволили провести комплексное исследование влияния атомно-структурных превращений, магнитоупругпх и магантостатических взаимодействий на до-

*

ценную структуру Ой) тонкие зедезо-ндкелевнх пленок. Показано, что вследствие расслоения ОЦ£ твердого раствора гелезо-на-келевых сплавов картина изменения /С пленок при об"*^ превращении носит слозяый характер п отражает днухстадайность^-"^ перехода.

Раскрыты основные особэнпостя изменения № под действием упругих напряжений з пленках разной толщины. Исследована зависимость характера всменснпя лС под действием напряжений от величины деформации, угла мегду линией растяжения и границей домена, толщины пленок и тала доменных границ. Обнаружен н исследован ыагндтоупругай гистерезис доменной, структуры пленок.

С помощь)э аяеетронноюкрэскопическах исследований изучено влияние собственных размагничнвакдос полей па магнитную структуру магнитных элементов и низкокоэрситивных каналов. Показано, что на крал нпзкокоэрцлтявннх каналов имеются краевые зоны, в которых под влиянием полей рассеяния от края НК происходит поворот намагниченности в сторону продольной оси канала. Предложена модель для теоретического расчета основных параметров, характеризующих изменение ориентации векторов намагниченности в каналах. Из теоретических расчетов, проведенных на основе этой модели, следует, что шрана краевых зон определяется минимумом суммарной энергии поля рассеяния и анизотропия.

Раскрыты иехгнигма воздействия фазовых и концентрационных изменений, магнитоупругих я магнптостатических взаимодействий па козрщтазшуп салу (Нс) я процессы перемагнячпваняя зелезо-¡исселевнх вакуумных конденсатов в квазнстатических магнитных полях.

На основе выявленной взаимосвязи между микроструктурой и характерен измгнешя доменной структура в магнитном поле, пре-дассгеяа модель, обгяснякзая влияние концентрационных неодпоро-дностей на Нс. Согласно этой модели пленки обладает квазинепрерывным рельефом, где роль дефектов пграет кристаллиты аус-тенита. Воздействие структурных превращений на Н0 п механизмы перемагничиваная пленок зависит от объема и магнитного состояния $ - Фазы, которое определяется температурой отаига и степенью расслоения ОЩ твердого раствора.

' При исследовании влияния упругих деформаций на Н замече-

но, что главной, причиной, вызква^еЕ рост К в .».агшггшх элементах под действием напря^енн^, является кзмпк*»"«» го-н|,кшх границ, приводящее к усилоипа их ззаи-моденствия с дефектами, ооразугхцая непрерывный потенцле тьнкй рельеф. Обнаружен

ц лзучр.п ноб1м здд «т - плч^т.'.е». гполччния.

Установлено, что под действием знакопер-змешшх напряжении, циклически изменетох величину поля анизотропии (Н_.), происходит сползание доменных грапгц. Раскрыт механизм этого явления. Приведет результаты изучения влпяш:я упругих деоормаций на процесс перемагяичнБгнля пленок в импульсных полях. Исследования проводились с псмощ>а стробоскопической магнитооптической установки, позвояягйдей наЗяздать изменении динамических доменов в глпштном поле и сопоставлять эти изменения с индукционным сигналом.

Установлены обвде закономерности процессов перемагкичиЕа-ния локальных участков малых размеров смецением доменных границ. Показано, что под действием внешнего поля к собственных размагничивавших полей, одиночные домены стремился приобрести вполне определенную Форцу, которая зависит от тоцины к магнитных параметров пленок. Предложена модель, на основе которой получены аналитические выражения, раскрывающие зависимость поля смешения границ доменоз от энергии доменных границ и величины их собственных размагничн-ваидих полей. Экспериментально найдена зависимость поля образования ЩЦ от размеров перематнпчен-ной части НК. Получено аналитическое Еыразение для поля образования домена % в средней части НК, отрамаЕцее экспериментальную зависимость % от толщнш и магнитных свойств пленок. Выявлены особенности продвизекия и изменения.скорости доменов в низкокоэрцпгивкнх каналах в импульсных полях.

Практическая значимость таботы.

1. Разработан носитель ддя термоыагнжтной записи, хранения и считывания информации, выполненной на базе полимофных железо-никелевых пленок (авторское свидетельство И 735092).

2. Предлоаен способ записи и считывания информации на тонкопленочный ферромагнитный носитель (авторское свидетельство й 627530).

'3. Усганоз.'гглзг.'г сссбэнксстгт позле"ст;.,лл :/птг,тл:: лапрг-пенаД na структуру л nponascu вгрзажавчйнмяд r-ory-

умннх "онденсатсз дют гсзмс^гссть учеоть п устранить огг.."пг-тельпые злляяпя на свойства г.хгнптгшх элег.зтггоз зкегэтх лагрусо:;, возгдцгаэд':: з продсгсе нсгогозлгш'я с гквьгуагг-'цц» рзгж-чпых упрзгляхсв: " счдтывгтдпх стру::тур, п гшгхе направленно г. сменять свойства тс:*л:сплг:1о*п~гх элементов 27.

-1. Полученные пгз^срп'онтглышс теореткчссппс рззульта-гп, расхрмэаисю r.e;::uLZC!Xí процессов порЬклгшгавгнлл локально: участков сплспкг длено:;, могут быть лспользок^ш для оце-

устойчивости ЕД з гзвдсггостя ст л:: бора п цаглгтюх свойств пленоз, днязледпя магнитных параметров образ-

цов на идщгалыпхе разаеш ЕД а для опрзделендя области устойчивой работа олешпгоз 3". Получегщуо глаор.'-азлп vsszzo щя-зли оценочных расчетах различных прздппгаасцг п регдс-трлрузщдх структур. Виявлешше особенности свойств одшочных доменов гагге слуггг сспозой для понгмапгл процессов, врокс-so&csnr з ST на друтдх прилетах запися ипйосг.гщст, а чгстпоо-?я, на «етаялпческзх плсночнс: лентах я дисках.

5. 7стаповл?гы физические основы л разработаш способы обработал пй.тг;зо-::::::?л'.т :jx сплавов, позволягше з мпроннх прз-делаг ззменггв в них температуру начала пр/гсого у''—X превращения tíjj, а тале велзтану термического кос j'rssierrra лилейного расгцрепая. (авторское свидетельство 5 1057559).

Результата исследований влияния упругг" напрягеннй на ?ла-гтзяяке свойства пленог н данные изучения про ~ссов дзрзмагнл--лвандя нагвптвнх элементов использована на пр; трзягпй НШВК при изготовлении маг.ета оперативные ЕУ (акт о вн Тг-знии научно-технического достижения от 06.02.I9S г. по дох. юру Л 387 от 10.09.1985 г. с НИИШ).

На защиту выносятся следупцзе положения и резу.г ^атн:

I. Данные экспериментальна* исследований Епзкоте:т1ерату-рных ( 4 450°С) атомно-структурных превращений в tohitx аеле-зо-никелевнх вакуумных конденсатах на ранних стадиях распада, предаествувдих образовании новых фаз, а законоиеркостг влияния концентационного расслоения, протекавшего при шзкоте:.т ератур-

П

кых оттягах, на процессы преврааеннй в аелезо-апкелевых

пленках.

2. Механизмы влияния агоыно-структурных среврацений, упругих напряжений на доменную структуру, процессы перемагклчи-ваная и коэрцитивную силу железо-никелевых ва^умных конденсатов.

3. Явление а механизм сползания доменных границ под действием знакопеременных упругих напрдаепий.

4. Эксперименталыше данные об основных закономерностях изменения фоплы, размеров одиночного домена в пленках под действием внешнего и его собстЕешого раз^аг^чаващего ¡дагкатко-го поля, Экспериментальные и теоретические результаты, характеризуйте зависимость устойчивости одиночного домена от его фсрлы, размеров п магнитных параметров пленок.

5. Результаты исследовании механизма образования ЩЦ в низкокоэрцптивных каналах под действием однородных н локализованных ортогональных магнитных полей. Модель образования ОД. в ЕК, учитываэдач влияние магнитостатических полей рассеяния от краев канала, магнитных параметров пленок, размеров и дорыы перемагкачаваемого участка на величину поля зарождения 1Щ. Экспериментальные данные, раскригащпе характер влияния собственных размагнкчпвазсцпх полей каналов на ДЗ, ориентации кама-гниченности и особенности продвижения доменов в ЕК.

Приведенные в диссертации результаты исследований аредс-тавляэт основкуэ часть работ, выполненных в проблемной лаборатории йазики магнитных явлений Иркутского государственного педагогического института, согласно плана вазнейшх научно-исследовательски работ Шнпроса РСЗС? а Координационного плана НИР Научного Совета АН СССР по комплексной проблеме "Физика твердого тела" по темам: "Влияние температуры и напряжений на сползание доменных границ, процессы квазпсзаткческого и импульсного перемагничивания пленок" на 1971-19?8г.г. (номер госрегистрации 71010155), "Структурные преврацения, магнитная анизотропия и процессы аеремагнкчавания в тонкопленочных образцах" на 1981-1985гг. (номер госрегистрацна 81033431), "Исследование материалов для 37 а шкроэлектроника, разработка устройств на их основе" на 1986-1990гг. (номер госрегистрацпи

01880032723).

A.ггроОшл;я работы. 1!атерзала диссертационной работа докладывались lia Всесоюзных кон&зрзнцаях по цагнетяяду (Красноярск, 1971; Донецк, 1977; Харьков, 1979; Перш., I93X; Тула, 1983), на Всесоюзном симпозиуме по Зпзике магнитных пленок (Иркутск, ISS4), на Всесоюзных сколах-семинарах "Новые цагндтпце материалы для микроэлектроника" (Ордсошшдаз, 1375; Саранск, 1978, 1984; Ашхабад, 1980; Донецк, 1983; Рига, 1985; Тагжент, 1988), на Всесоюзных аколах-семияарах по доменшш а нягнитосптячес-ггш запсшяалсян устройства (Астрахань, 3980; Внуки, IS8I; Суздаль, 1985; Кобулеття, IS87), на Ыеадонародаой конференции по магнетизуу (Гренобль, Фрадцая, 1370), за Иаздународяых сп-«позиупах и коллоквиумах по тонким магнигнш пленкам (Иена, ГДР, 1966; Иркутск, I9S8; Прага ЧХ?, 1970; Минск, 1973), ка Меадуиагодасм коллоквиума по магнитным шгенкам и поверхности (Лодзь, ПНР, 1979), а такзе на секции "Ыаглитнке пленки" Научного Совета АН СССР по проблеме "Физика магнитных явлений". Основные результаты диссертации опубликованы в 50 статьях отечественных и зарубежных изданий. Список публикаций приведен в

'.конце автореферата.

Сттгтагтра я объем дядаетя^гош. Диссертация состоит из введения, шея глаз, заклтеш«я, прнлемеиия и списка цитированной литератур:!, содержащего SS5 наименований. Полцц.1 ебтем диссертация ссстазлягт 375 страниц, в том числе 2S7 стракгц и.тлщош'.сного текста, 10 таблиц s £3 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДГССТАЦЩ.

Во взедегпи обосновывается актуальность диссертационной работа, сформулирована ез цель, излагается научная новизна и практическая ценность, приведены основные задачи и полозенкя, прздвтавженные s

B..первоД главз проведен анаяз экспериментальных и тео-рэтлчеегшх работ, посвященных исследовании шзкбтендературшк структурам првзрацеяпй в аелезо-никелевнх шееявяше сплавах и

тошшх пленках. Рассмотрены воздействая тершческой. терыоиеха-шческоЁ обработок в сплавах с разной исходной структурой на китлику в особенности превращения, а такхе концентрационные изменения, сопровоздащде образоваше % - фазы. Показано, что на атомное распределение большое влияние оказынаят морфологические особенности структуры келезо-никелевых сплавов, определяйте активность диффузных процессов. Подробно рассмотрено влияние радиационного воздействия в сочетают с термической обработкой на тонкую атомную структуру на ранних стадиях распада ГЦК твердых растворов е протекание последущего превращения.

На основе сопоставления характера фазовых переходов в пассивных и гонкоаленочных образцах показано, что иэпользонанле Еануумных конденсатов в качестве объекта исследований значительно расппряет возжшшсти изучения твердофазных реакций, протекаицнх в келезскникслевых сплавах при низких температурах. Анализируются данные по влияние атомно-структурдах превращений на физические, в тем числе магнитные свойства массивных и пленочных образцов.

Рассмотрены результаты экспериментальных н теоретических работ, раскрывание характер влияния упругше напряжений на поде анизотропии, коэрцитивную силу и доменную структуру пленок. Показано, что для разработки физических основ формирования свойств магнитних элементов, помимо структурных превращений такяе необходимо изучать закономерности влияния магнитоупругих взаимодействий на процессы перемягничивания пленок. В конце главы сформулированы задачи исследования.

Ео второй главе изучены структурные превращения, проте-кащие в хелезо-никелевых конденсатах с ОЦЕС и ГЦК релеткаыи на ранних стадиях распада, предаествущих формирование новых фаз при низкотемпературных отхигах ( ^ 450^3). Установлен характер влияния низкотемпературных твердофазных реакций ка особенноста

^ превращений в хелезо-никелевых тонкопленочных образцах. В качестве псслеяуешх материалов использовались сплавы системы железо-никель, содержащие от 25 до 36^ никеля. Результаты, полученные при комплексном исследованиа пленок с 04К структурой, позволяет составить следующую обцую картину структурных

превроленпй, протекают* npi назкотешературном отжиге. На ранней стадии распада происходит диффузионное расслоение вис око-дисперсного <?( - твердого раствора на области, обогащенные и обедненные никелем (рас.!). При дальнейшем развитии процессов распада вз обогацекннх никеле« областей в ОЦК твердой раствора образуется шеоконпкелевая ^ - фаза. Этот вывод следует пз анализа спектров ядерного гамма-резонанса и данных, получешшх методом рентгенографии.

На ркс.1 в качестве примера показаны спектр! ЯГР шгешш сплава H2S. После гомогенизярущего ответа н охлааденая до температур! жидкого азота, резонансный спектр пленка представляет собой совокупность секстета от Лзрроиагнотной - фазы с полей Нсв= 2,73*107А/м (344кЭ) и центральной одиночной линии, соответствующей остаточному парамагнитному аустешту. Отжиг пра 300°С в течение 13 часов практически нз изменил фазовый состав образца (ряс. 1А,Б). После высокоскоростного нагрева этой пленки в течение I ман. до 650°С с последующей закалкой появляется высоконикелевый аустенит, образовавсийся пз обогащенных никелем продуктов распада ОЦК твердого раствора (pic. IB), ко-торшу соответствует система линий сверхтонкого магнитного рас-деплеяпя с Нсв= 2,51*107А/и (317к3). Такзе фиксируется центральная одиночная лшшя остаточного аустенита с концентрацией никеля менее 28^. После высокоскоростного нагрева в пленках, не подвергнутых предварительному изотермическое откигу, аустенит с высоким содержанием никеля отсутствует (рис. 1Г). Следовательно, образование высоконикелевого аустенита является следствием расслоения ОДК твердого раствора в процессе предварительного низкотемпературного отаига. Данные о распаде ОЦК сплава при низкотемпературном отаиге такке подгверадаотся результатами исследования рентгеновским (рис.1) и магнитометрическими методами.

Тактл образом, из приведенных экспериментальных данных следует, что в области тешератур ниае Ан (температура начала превраценая) при определенной термообработке происходит распад ОЦК твердого раствора. Этот процесс протекает без изменений типа кристаллической решетки и предшествует образованию ^ - фазы. Вследствие расслоения Л - твердого раствора

Рис. I..

Двфрактограыш и спектры ЯГР щенок сплава 1126.

А - последгоштенизирущего откига в охлаждения до — 156 о;

Б - после изотерического отжига при 300°С в течение 13 часов;

В - после высокоскоростного нагрева до 650°С в течение I 1.-1ш. с последупуей закалкой пленки, предварительно оголенной при 300°С;

Г - после высокоскоростного нагрева пленки с ОДК структурой и закалки на комнатнув температуру.

существенно понижается (на Ю0-300°С) температура начала образования % - фазы (Ац), расширяется температурный интервал ^ превращения.

В работе показано, что процессы расслоения (ДО твердого раствора в высокодасперсных келезо-никелевых сплавах протекают по непрерывному механизгду и оказывают существенное влияние на обратный Л~* ^ переход. Из анализа экспериментальных резу-

дьтатов, полученных методами рентгенографии, мессбауэровской спектроскопии и магнитометрия следует, что процесс пре-

вращения в высокодасперсных зелезо-никелевых образцах шано условно разбить на две стадия. Первой стадии соответствуют структурные превращения, протекатоае при более низких температурах отжига (например, дал пленок с никеля при 300-450^). Образовавшаяся на этой стадия - фаза содержит (40-50%) никеля, о чем свидетельствувт высокао значения иамагпичениостп насыщения и поля на ядрах атомов гхелаза, принадлежащих аусте-циту.

Вторая сталдя превращения происходит в пнтерзале температур 450-5Ю°С. На этой стадия -Газовый состав меняется г.та-вянм образом за счет появления парамагнитной ¡|з - фазы, содержащей менее 28^ никеля, которая образуется из обедненной никелем аС - фазы. Парамагнитному аустениту соответствует появление центральной одиночной -таш; на спектрах ИГР и резкое уме-кьаение намагниченности насыщения при отзщге. 3 результате после окончания превращения % - фаза содержит два основных типа областей - ферромагнитные и парамагнитные. Установленные особенности превращения в пленках позволили впервые рас-

крыть взаимосвязь расслоения О ЦК твердого раствора гелезо-ни-келевых сплавов с величиной намагниченности насыщения двухфазных и аустенитных образцов, ваннув для направленного изменения магнитних свойств пленок.

Шявлена картина структурных превращений, протекавших в гелезо-никелевых пленках под воздействием лазерного луча. Определена оптимальная плотность потока энергия, необходимая для осуществления перехода в локальннх участках пленок. Исследование особенностей превращения в гелезо-никелевых пленках, происходящих при кратковременном нагреве локального участка образца, изучение зависимости магнитных свойств пленок от их структурного состояния позволили разработать устройство для записи и хранения информации. Запись информации осуществляется путем перевода отдельных участков ферромагнитной матрицы с ОЦК структурой в ^ - фазу.

Изучены низкотемпературные процессы, происходящие в гелезо-никелевых пленках с ПК решеткой й их влияние на прямое ^-"-с^ превращение. Выяснено, что продукт распада Г4К твердого раство-

pa зависит от температуры отжига. Б процессе отжига до 450°С происходят постепенное образование концентрационных неодюрод-постой - областей богатых к бедных никелем, сопровохдаеше возрастанием коэрцитивной силы и намагниченности насыцения. От-аиги при температуре 350°С наряду с расслоением аустеннтных пленок сплавов Н29, 1134 привел!! к выделении новой фазы с ОЦК решеткой. На рентгенограммах ото фиксируется по появлении соот-ветствупздх oL - фазе лглшй с индексами 110,200,211,222 (рис.2). На мессбоуэровских спектрах выделяющейся aL - фазе соответствует система линял сверхтонкого мапшгного расцепления с Н = 2,70*Ю7А/м. Анализ спектров JiTP г. результатов исследования магнитных свойств пленок свидетельствует, что выделению cL - фазы предшествует расслоение аустената. Установлено влияние перераспределения атомов в субмахрообъемах аустената на магнитше свойства пленок, которое зависит от степени расслоения ft - фазы.

На основе установленной взаимосвязи ме^ду атомно-кристад-лической структурой п свойствами аустенптних пленок разработаны метода терлообработки аелезо-накелевых сплавов, позволласве направленно изменять их <$азаческае, в том ча«;ле и !лагнитные свойства (иартенситная точка Мн, коэффициент линейного расширения, намагниченность насыщения).

Третья глава посвящена изучению влияния атошю-струкгур-ных превращений, магкитоупругих и магнатостатическах взаимодействий на далешгую структуру аслезо-какелевых пленок, для вклвле:а:я особенностей доменной структуры (¿Р) пленок, обладайте разными структурными состояниями, исследовались микроструктура и доменная структура образцов после фазовых превращений, протекающих в процессе от гага. Исходные образцы, содераа-вде менее 30^ накеля е.;ели ОЦК решетку ц обладала внсокодиспер-спой структурой с ра&мероц кристаллитов 5-Ю ни, В этих пленках до!,:ены имеют вид широких полос с относительно прякыш границами. Образцы обладает одноосной анизотропией в плоскости пленки с Hj. порядка 800 к/и.

Проведенные исследования показали, что вследствие расслоения ОЦК твердого раствора хелезо-никелевых сплавов влияние

а

: (ОД. «а.

f JSO^__У L-

LtfOKHj 1\_

sso'c. 10 ч_J I «л

и : ПМОПМВДЙ V. »»CTtnuT у

» У и я a « îB.mi

Ркс. 2.

Профили рентгеновских дифракционных линий сплавов Н29 (а) и Н34 (б) в исходном состоянии п после изотермических видехиек.

превращения на JS пленок носит слоаный характер. При отжига в интервале температур 300-4Ю°С наблюдается образование а рост кристаллитов ферромагнитной tfi - фазы, которые хаотяч-so распределена в исходной фазе в обладает малыми размерами. Отмеченннв изменения структурзого состояния пленок оказывал? относительно небольшое влияние па дсиеинув структур, При этом наблюдается некоторое уменьшение величины наведенной анизотропия (первая стадия превращения). Прз более высоких температурах отзпга (вторая стадия J--*jf перехода) происходит образование парамагнитного аустенпха. В этот случае, помимо фан-торов, действущах на магнитную структуру пленок при более низках температурах (300-410°С), болыцув роль начинают играть локальные поля рассеяния, которые возникает в результате образования скачка намагниченности л Ы на границе «С - фаза и пара-

магнитного аустснита. Это приводит к существенной, перестройке

Наблюдается заметная разориентацдя векторов намагниченности ь локальных участках пленки п значительное уменьшение величала наведенной анизотропии (в 3-4 раза). Дрмены, которые образуется а растут в процессе перемагшгавания пленки, обладает искривленными доменными гранпца-ли. Одновременно происходат увеличение длины волны ряби намагниченности. С возрастанием объема - фазы парамагнитные области, пгралдае роль намагнитннх включений, начинает заметнее искажать ориентации намагниченности а форду доменных границ. ДЗ приобретает вид конгломерата, состоящего из мелких участков с беспорядочной ориентацией магнитных моментов п разделенных слабо выраженными налоуглоЕыгяи доменными границами.

При изучении закономерностей изменения j£ пленок под влиянием упругих деформаций выявлена зависимость характера пере» строЛкд доменной структуры пленок от величины деформации, толщины пленок и типа именных границ. Показано, что в пленках толщиной, менее 100 ем при деформации, приводящей к повороту ОЛН, доменные граница становятся "заряженными" и энергетически невыгодными. Это приводит к образование клинообразных границ ели к полной перестройке доменной структуры.

При депортация образцов толщиной 400-600 ни, образование "заряженных" доменных границ сопровагдается разрупенпеы замн-каадих доменов с 90 градусными границами и-возникновением сильных размагничиващих полей, которые способствует повороту ДГ к линии растяжения и появлении клинообразных доменов на краях образца. Обнаружено и исследовано явление магнитоупругого гистерезиса доменной структуры в пленках. Попеременное чередование растягивающей и езнманцей нагрузок позволило снять петлю, характеризующуа магнитоупрутки гистерезис. Установлено, что ширина петли гистерезиса уменьшается с увеличением толщины пле~ нок. Эта особенность связана с изменением магнитостатяческоЗ энергии "заретенных" границ при повыаенип толщины образцов.

Процессы изменения JC следует учитывать при конструировании различных управляющих и считывающих структур на плоских и цилиндрических магнитных доыенах. Под действием упругих напря-зений из-за изменения ориентации намагниченности могет прои-

зойтя появление заряженных доменных границ, возникновение полей рассеяния на краях образца и перестройка доменной структуры з пергяаллоевых элементах. Это может существенно нарушть условия доиеноароявааенпя, а таете заметно изменить уровень выходного сигнала считывания, наводимого в магниторезистивных датчиках прз дзпаешш ЩД пли в'каналах при их перемагничиваниа.

При изучении влияния локальных магнитостатическлх полей на доменную структуру магнитных элементов, в качестве объекта исследований использовались пленки с низкокоэрцитквнымл каналами. Обнаружено, что на крав наклонных каналов существуют краевые зоны, в которых под влиянием полей, рассеяния от края НК происходит поворот намагниченности в сторону продольной оси канала. Образование краевой зоны приводят к появлении обменной энергия, онергил анизотропии я энергии полей рассеяния от объемных магнитных зарядов, распределенных в зонах поворота намагниченности как в НК, так и в массиве. Равновесная ширина зоны поворота соответствует минимуму полной энергии всей системы. Исходя из распределения намагниченности в НК, определенного экспериментально, и учета указанных видов энергии предложена модель для теоретического расчета основных параметров, характе-■рнзумцих изменение ориентации векторов намагниченности в каналах в зависимости от их ширины и угла наклона к ОЛН. Полученные результаты могут быть использованы для объяснения особенностей перемагничявания различных магнитопленочных структур, имеющих перепад толщины пленки.

В четветтгой глазе приводятся результаты исследования влияния атомно-струетурннх превращений, магнитоупругпх а магнзто-. статических взаимодействий па процессы перемагнлчиваяия келе-зо-никелэзых пленок. На,основании рентгеновских, магнитооптических, электронографически-: п электронЕогикроскошшеских исследований показано, что К превращала оказывает существенное влияние на процессы перемапшчивандя и коэрцитавнуа силу нелезо-ннкелевых конденсатов. Степень влияния структурных превращений на Нр и механики перенагннчивания пленок, определяется объемом и магнитим состоянием $ - фаза, которые зависят от температуры и длительности термообработкл.

В пленках, огшдениых при 360-440°С (первая стадия перехода), вследствие расслоения ОЦК твердого раствора образуется ферромагнитная $ - фаза, которая не оказывает заметного противодействия продвижению доменных границ (рсс.З, кривые 1,2). В процессе отгига при более высоких температурах (вторая стадаяо^^ перехода) происходит образование и увеличений объема парамагнитной /2 ~ фазы. Это проводит к появление сильных локальных полей рассеяния на границе </- и ¿2 ~ фаз, увеличении угловой дисперсии анизотропии я затруднении продвижения доменках границ. Основную роль в перема-гничиваыш пленок начзшаот играть процессы неоднородного вращения. Возникает слошше блокированные структуры. В результате происходит резкое возрастание Н0 (рис.3, кривые 3,4),

— * о

<3 80 ЗА V,,*

Рис. 3

Завпсямость гоэрцагявноЯ сплн планов сплава 75% /в -

25%Не тсшщео2 ЮОии от объема ^ - фази.

1,2 - расчепше кривые для пленок, отоагешшх ща 360-440°С соответственно;

в и X - экспериментальные данные;

3,4 - экспериментальные Ериггаэ, полученные на пленках, отогхенных при 500 и 530°С соответственно.

Экспериментальные данные по исследованию микроструктуры тонкопленочных образцов позволяют считать, что структурное состояние пленки на начальной стадия превращения соот-

ветствует случаю квазпнспрерывного рельефа, где роль дефектов пграит кристаллиты аусгешта. На основе этой модела и представлений о гибкой доменной границе /1,2/ получено аналитическое выражение, позволяющее рассчитывать вклад в Нс обратного^-»-^ превращения. Расчеты, приведенные с использованием результатов электронноникроскоплческих исследований позволили установить, что главный вклад в повышение Нс при

К переходе вносят локальные ыагнатостатическпе поля, во-, знияащие на границах зерен аустенята.

Изучалось влияние прямого /-+<£- превращения на процессы перемагничивашя железо-никелевых пленок. Для раскрытия механизма перемагничивания пленок на разных стадиях ^-»об перехода проводили элегсгронномикросяопические исследования микроструктуры пленок с разным содержанием мартенсита. Показано, что пленки с парамагнитной & - фазой после образования в них кристаллитов мартенсита, представляют из себя совокупность хаотически ориентированных отдельных магнитных кристаллитов, направление ОДН которых определяется анизотропией этих кристаллитов, ах магнитостатическим взаимодействием, величиной и направлением фазовых напряжений. Такие образцы перемагнпчнва-ются путем неоднородного вращения векторов намагниченности в локальных участках пленки. С увеличением объема мартенсита уменьшается величина фазовых напряжений, снижается роль маг-нитостатического взаимодействия ыезду ферромагнитными областями, -уменьшается число немагнитных прослоек, препятствующих движению доменных границ. В результате возрастает роль процессов смещения доменных границ и перемагничиванзе осуществляется в меньших полях.

Установлена зависимость Н от величины шкронапрязений, возникающих при оС переходе в пленках, Выявленные законо-

1. Иванов А.А. Влияние вида случайного потенциала доменной границы на магнитный гистерезис. II. Закрепление на дефэ ктах с конечны?,; радиусом взаимодействия /ДШ.-1980-Т.49, вып.5 - С.954-964.

2. Иванов А.А.,Лобов И.В.,Воробьев Ю.Д.Некоторые механизмы закрепления доменных границ в тонких магнитных пленках // ЗШ.- 1981. - Т.58, вып.1 -С.11-20

23

мерности влияния атоьшо-структурных превращений н фазовых ей-' пряжений на механизмы переыапшчиванвд и коэрцитивную салу ЕСлезо-никелевых пленок явились физической основой для разработка метода неразрушавдего контроля качества технических сталей.

Проведено всестороннее изучение влияния внешних упругих напряжений на основные случаи першагничивания железо-никелевых пленок (в квазвстатических, импульсных полях а в реаше сползания доменных границ). Раскрыт механизм влияния упругих напряжений на коэрцитивную силу смещения доменных границ в пленках разной толщины. Установлено, что основной причиной, вы-зывшцей рост поля смещения (Ном), являете я увеличение числа П поперечных связей на доменной границе а, как следствие, усиление взаимодействия границ с дефектами, образующими непрерывный потенциальный рельеф. Характер зависимости Нсы от величины деформации определяется числом вновь появившихся поперечных связей Л1, которое уменьшается с ростом' толэдшы пленок (рас.4).

Для получения полной картины об особенностях перемагна-чивапЕя пленок, подвергнутых действии уаругих напряжений,изучалась процесса перемагкачаваная тонкопленочных образцов в шульсных по ляс, Исследованая проводилась в интервале полей

от Нс до 2НК. Детальное изучение особенностей продвиае-вая данамачеекпх домонов в исходных и деформированных образцах позволяло выявить характер влижая упругих напряжений на процессы переыагначавания пленок в полях Нд Н^. Показано, что под действием напряжений, повышающих Нк, процессы неоднородного вращгная у зазубрин верхушек доменов заменяется двЕяениеи доменных гранац. Одновременно наблюдается смещение лакеЕного участка аршой перемагничпвапая в сторону более сильных полей Еп. На основе анализа экспериментальных данных об особенностях перекагначзваная тонкопленочшх образцов в клпульеннх поли:, установлен механизм влияния упругих напря-есней на динамическую доменную структуру, ход кривой пере-магначавания а скорость продвааеная верхушек доменов.

Впервые устаноаясшо, что под действием упругих напря:е-наП, циклаческа изменявших поле анизотропии, происходят спол-

0.02 ao<i acs £.% о ног асч шз ix

О 0.D2 ÜDV аов (Л 0 0,02 Ю № и.

Рис. 4.

Зависимость числа поперечных связей (а) и поля смещения доменных границ (б,в,г) пленок разных толщин от величины относительной дефордация:

о - неравновесные состояния; <» - равновесные состояния, полученные при возрастании нагрузки; х - неравновесные состояния, подученные при сня-. тип нагрузки, б - = 40нм, в - 70км, г - 90нм.

зание доменных гранщ при наличия только одного постоянного магнитного поля, приложенного вдоль ОЛН пленки (рис. 5). Пока з&но, что сползание ДГ под действием этих напряжений наблюдается при нашгаш в пленках локальной угловой дисперсии анизотропии, приводящей к искривлению участков доменной границы, или при образовании прогибов у доменной границы мехлу дефектами в магнитном поле. Под действием упругих напряжений все участки границы стремятся расположиться вдоль линия растязе-ния. При этом выравнивание доменной границы г основном про-

Рис. 5.

Влияния статических (3,4) и циклических (1,2) упругих напряжений на поле смещения доменных границ пленок толщиной 80 (2,4) и 200нм (1,3); Н°м - поде смещения границ до приложения нагрузки.

исходит за счет шпрялления искривленных участков иди в результате срыва ее закрепленных элементов с дефектов в сторону действия магнитного поля. После снятия нагрузки участки граница опять прогибается в сторону увеличения доменов, намагниченность которых ориентирована вдоль поля. Растяжение пленки приводит к повторному выпрдаленЕв ДГ и процесс повторяется.

Получены аналитические выражения, определяадяе зависимость поля смещения доменной границы Ном в рекиме сползания от ствпеня изменения угловой даспорсии анизотропии под действием напряжений, величины стрелы прогиба участков границы ыгзду дефектами и от магнитных параметров плешек

где АсС - измените угловой дасяерсид анязотрошш, Ы°м - поло старта дсшезЕой границы до приложения циклически дейстззу»-

щах напряжений.

II - IJ° бАУ* -f2

Чсн' Ней ~ -J3T J ; (2)

гдз 5 - стрела прогпба участка гранита меаду дефзктама в поде Нси до деформация пленки, Ь - расстояние цеаду дефектами.

В петой главе приведены результаты исследования поведения одиночных доменов п процессов переыагничпвяяпя ннзкокоэр-цитпвных каналов (НК) под действием внешнего магнитного поля, собственных размагнпчивашах полей доменов и каналов. Выявлены закономерности изменения форьы п размеров доменов смещением доменных границ в пленках с разными значениями магнитных параметров. В качестве параметра, характеризующего форму доменов, было взято отношение ширины доменов $ к ях длине С. Замечено, что в магнитном поле домены стремятся приобрести определенную форду, которая характеризуется критическим отнопе-няcuiß/tjtf . Если в плезка исходаый домеп имеет отнопанзе %> (¿/iJM , то в магнитном поле, равного Нсц, происходит упг-ньпенпе его йарпны путец двиаенпя доменных границ, в результате которого отношение уменьшается а домен переходит в более устойчивое состояние (рис. 6 а-д). При дальпейпем увеличении поля Нси, когда становится равным критическоцу (¿¡¿)х , одновременно о двиленпем боковых границ просходнт смещение верхушек домена. С этого момента начинается коллап-сироваиде домена при постоянном значения (6/С. С уменьшением длины домена поле Н м понижается (рис. 6 е-з).

В случае ^/¿<[&/cJkпабллдаетоя сокращение дгапы домена, поторйо осуществляется путем смепеняя его верх^яез. Это приводит к постепенному увеличению о/£ . пока оно на станот равным (¿jl, после чего начинается смещение боковых границ домена п его кодлапсированаа.

Определена оптимальная форма домена, соответствующая яа-ябольпеЗ его устойчивости к магнит но;ду полю. Проведенные исследования показали, что отнонениа HCiJ/Hc5, характеризуй»« устойчивость одиночных доменов, аитлх постоянную длину, максимально при л/ /ц \

=т)«

Peo. 6.

Изменение форлк и площади домена в поле Нсм пленки толщиной 80нм. Нс= 144Д/ы, Hj. = 312 kju, а - Н = 0,68¿/u, б - 72А/ц, в - *73к/и, г - 77А/и, д - 80i/y, е - 99А/и, е - 25А/к, з - 77¿/u

Исходя из экспериментальных данных и анализа энергетического состояния одиночного домена предложена модель, объяснявшая осноЕнкз особенности уменьшения доменов в магнитном пола в пленках с разшглн значениями магнитных параметров. Подучены аналитические варазекпя, определягх^э вависииость поля смещения домгпнлх грапд с взрхуиек доменов от кх форд! и размеров, от гогсезш плеток, Елерлш доменных грапщ и шаяз-чснеостк шшцикя. Дся сдувая изменения фор.*!', домапа путег: смещения его' Сокэех: граавд имеем

и _ и 2¿(&+2lú) fjTßDMj

hui' Цсг~ - -^ЩГ- (3)

где - шаткость coBöjsmocTEoü савркЕШ ICO градус«й

границы;

СО - коэффициент, учитывавший изменение энергии при наклоне границы к ОЛЕ;

пег - поле старта 180 градусной границы;

2) - толщина пленка.

Поле коллапса домена равно 2

,) и З/о^соГО 2Т6<РЪ

Нкъл^сг Ц1+.Ц (4)

Расчетные кривые, полученные в соответствии с выражениями (3) и (4), сравнивались с экспериментальными. Ход кривых подтвердил пригодность предложенных моделей для описания поведения доменов и ах устойчивости к внешним магнитным полям.

Получено аналитвческое выражение, устанавливающее зави-сшюсть {¿/¿)ц от толщины пленок и намагниченности насыщения.

Значение и) возрастает с увеличением поля анизотропна.

Как следует из выражения (5) и экспериментальных результатов, с ростом поля анизотропии, намагниченности насыщения и толщины пленок отношение уменьшается.

Проведена оценка зависимости величины минимальных размеров доменов от магнитных и геометрических параметров пленок. Минимальные размеры устойчивого ПМД определяется следующими выразеннши: ^

1

(7)

Установленные закономерности поведения одиночных доменов в магнитном поле, выявленная связь оптимальной формы доменов с магнитными параметрами тонкопленочных образцов, составили физическую основу для выявления и объяснения ряда свойств ЩД, перемещающихся в низкокоэрцитивных каналах.

Исследована устойчивость ПНД в НК к внешним магнитным полям. При уменьшении ширины НК наблюдается значительный рост

поля коллапсе.. ^coroi:» олсЕгроиьо^гафосюпгллог^ кссл&дэ-гйн£я ousioTD дог^доь з Елепйг^с ¡1 каналах hoceoek:. установила, повхкше устойчивости ЩД в НН связано с saspsEs-шеа его боковых грсякц на цраях канала и измененном isc структура. Из хшученшх результатов сделан вывэд, что псеодьзо-ванае каналов прсзоддг г. существенному разгкрэииз областа устойчивости одзвочних до^знов к повышенна коля коллапса.

Изучался механизм зарождения ЩД в шсшиюэрцпгшшх каналах. Зксперпценташше результаты показывает, что поле га-рспдезся доменов Ец; в средне- часта На существенно возрастает с уменьшением шарааа каналов $ (рзс. 7).

Рпс. 7.

Расчетные (1,4) к экспериментальные (2,3,5) зависимости поля зарождения ШД от сирины БК. Плепи: тслщгной ЮОнм, Hj = 1,4кА/м, 1,2 - L -бОмп,:, 3,4 - L- 180мкм, 5 - L> 400мш, Ь - сирина шнки.

Установлено влияние собственных кагЕптостатическпх полей от краев НК к поля анизотропии на процесс образования одиночного домена. С учетом механизма одностороннего вращения предложена модель, объясыяэдая процесс зарождения ЩД в НЕ под действием ре зколокалн зеванного поля и зависимость Ну от шрп-еы канала $ . Получено аналитическое выраяение, определяа-

г;зе зависимость поля зароздсаая доменов Ну от разморакх фа— атороз п магнитних паралетроз пленок. При расчете учктнзалпсь онергая анизотропии, магнатостатичсская энергия поле:! рг.ссо-янзя, возникающая при повороте векторов намагниченности з локальной области на 90° и анергия перекагаиенного •участка пленка во влезаем поле.

ЧЫ-Щ1--2-II I1 ([Щ[Ц (3)

.гдз Ст и С2 - безразмарше коэффициента, £) - толщша пленки, Д, п Н" - толщина и эффективная анизотропия вксонокоэрца-тпвного массива.

Исследовались процессы перемагначаваная НН сложной геометрической формы с резки,а изгибами а заострения;,я. В результате проведе}шк:с исследований п учета свойств одиночных доменов выявлена основные причины, приводящие к понаяенаю поля зароадешл доменов Ну в шзкокоэрцатавных каналах.

Ятектроннопикроскопическам методом исследовался механизм продвижения вер-/ушек доменоз при их росте в сплошных пленках и в НК в квазистатическах полях. Показано, что продвижение верхушка под действием квазистатического поля является следствием процессов, протекающих в результате перемагничивания участка границы, являющейся продолненаем перекрестия верхушки, а такзе образования на этом участке крестообразной а круговой блоховской линий.

Исследованы процессы перемагничивания НК в импульсных полях. Обнаружено, что при уменьшении иараны каналов происходит сниаенпе скорости продвиненая верхушек доменов. На основе анализа динамической доменной структуры НК я данных о вла-янаа упругих напряжений на импульсное перемагначиванае пленок, описанных в главе 4, дается объяснение этой особенности. Показано, что при уменьшении шарины каналов более быстрые процессы вращения намагниченности сменяются смешением доменных границ.

Таким образом, в результате проведенных исследований выявлены особенности перемагничивания НК. Установлены основные факторы, определяющие величину Ну а поля продвижения верху-

сек долена. Найдена связь поля зарождения доменов с магнитными характеристиками массива, канала и геометрическими параметрами НК. Это дает возможность путем изменения магнитных характеристик пленки л геометрических параметров канала направленно изменять критические поля, характеризующие процессы перемагшчивашя каналов, то есть направленно формировать свойства продвигающих регистров на ЩД.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОИ.

1. Показано, что в области температур двухфазного состояния при изотермических отжигах в железо-никелевых пленках на ранней стадии распада происходит процесс концентрационного расслоения ОЦК твердого раствора, в результате которого образуется области, обогащенные (до 45-50$) и обедненные никелем. Образование концентрационных неоднородное? ей в ОЦК твердом растворе яелезо-никелевых сплавов существешо пошиает температуру начала <L-*){ превращения (Ag) и обуславливает двухста-дайннй характер превращения. На основе результатов изучения особенностей перехода и характера изменений магнитных свойств в пленках разработаны устройства для записи, хранения и считывания информации. Носитель информации и способ зашей защищены авторскими свидетельствами (А.с.£627530

и £ 735092).

2. Установлено, что в процессе низкотемпературных отжигов ( ^ 450°С) на начальной стадии приближения келезо-никелевого аустенита к равновесному состоянию наблюдается расслоение гажа-твердого раствора с образованием обогащенных и обедненных никелем областей и последующим выделением новой фазы с ОЦК решеткой. Исследовано влияние концентрационно-нео-днородного состояния железо-никелевого аустшита на температур Кюри, намагниченность насыщения, шртенситную точку ^

и коэффициент линейного расширения. На основе полученных экспериментальных данных о взаимосвязи физических свойств аеле-зо-никелевых вакуумных конденсатов с агоыно-кристаллической структурой были разработаны методы термообработки хелезо-ни-¿ележх сплавов, позволяющие в широких пределах изменять Мц,

КТР и намагниченность насыщения. Способы обработки нелезо-ни-келевых сплавов, фохглируюсще в них качественно новые физические свойства, защищены авторским свидетельством (А.С.М057559).

3. Изучено влияние превращений, процессов расслоения ОЦК и ГДК твердых растворов, упрутих напряжений и магни-тостатическкх взаимодействий на доменную структуру (ДО) ке-лезо-никелевых пленок. Показано, что изменения ДЗ з процессе обратного фазового перехода отражает двухстадайзшй характер Л-^^ превращения.

Раскрыты особенности изменений ДО, происходящих при деформации пленок разной толщины. Показано, что с ростом толщин тонкопленочяых образцов изменяется характер перестройки доменной структуры и повышается чувствительность Д5 к действии упругих напряжений. Это связано с влиянием толвдны пленок на тип доменных границ и на величину приращения энергии "заряхенных" границ под действием напряжений. Обнаружен и исследован мапштоупругий гистерезис пленок.

Выявлена роль локальных магкптостатических полей, существующих на краях магнитных элементов прямоугольной форлы (наклонные низкокоэрцитявнне каналы) в формировании их магнитной структуры. Показано, что под влиянием этих полей на краях НК происходит отклонение векторов намагпиченности от ОЕН в сторону продольной оси канала. Ширина областей, в которых наблюдается изменение ориентации намагниченности и характер ее изменения, определяются минимумом суммарной энергии полей рассеяния и анизотропии.

4. Раскрыты физические механизмы формирования коэрхити-вной силы в железо-никелевых пленках с разными структурными состояниями. Исследования, проведенные с помощью рентгеновского, кессбауэровского и электрошюмикроскопического методов, позволили установить, что повышение Нс при переходе в основном зависит от объема п магнитного состояния $ - фазы, которые в большой степени связаны с процессами расслоения ОЦК твердого раствора пленок и температурой отнкга. С использованием представлений о характере взаимодействия гибкой доменной границы с квазпнепрерывншл рельефом предложена модель, объясняющая влияние атоюто-стрултурннх превращений на Н„. На

основе прздлагвЕНоЗ подели получено аналитическое выражение, устанавливайте зависимость Нс от фазового состава, ызмагиж-ченностп насыщения и размеров кристаллитов }( - фаза. Установлены особенности влияния прямого ^аС превращения на коэрцитивную скду и процессы перемапшчивашя пленок.

Изучено влялвпа упругих напряжений па Нс в пленках разной толщины. Установлзпо, что главной причиной, вызывающей рост гистерезиса является изменение структур! доменных гранил, приводящее к усилению взаимодействия границ с дефектами, образующими непрерывный потенциальный рельеф,

5. Показано, что под действием упругих напряжений, циклически изменяющих поле аквзотрошш, моает происходить сползание доменных границ пра наличии только постоянного поля, прслозенного вдоль ОЛН пленки. Роль фактора, периодически выпрямляющего участки границы, играют внешне напряжения, прикладываемое к планке. На основе анализа экспериментальных

льтатов раскрыт механизм нового вида сползания доменных границ.

6. Выявлена зпкономерпостп процессов перемаганчкватая локальных участков пленок смещения домешшх границ. Показано, что в вакуумных конденсатах под действием ввешнего магнитяо-го поля па первом зтапе перемагничивания, домены стремятся приобрести вполне о предела пну с форду, которая характеризуется критическим отнопензеы его пир^иш 6 к длине С • Зато: происходят процесс коллапсировандя домена при постоянно;: значении ¿¡^ . Пояучет аналитические шраменпя, опре-делявщяе зависямость полей смещения доменных границ к верху-век доменов от величины ех собственных размагничивавдах полей, ькергли доменных границ п нс.игешченностд насыщения. Найдена связь величины минимальных размеров устойчивых доменов с иагнктнша к геометрпчестли параметрами пленок.

7. Зксперсмекталыю исследована зависимость поля зарощ-денля доменов Ну в средней части нкзкокоэрцитивного канала о? его щпрнкы. Показано, что в формировании Н^ вазное значение имеет летальные магнитостатЕческие поля, возннкапдае при перемагнячивеяпи участка канала. Предложена юдель зароаде-

я 1Щ в ПК под действием внесшего резколо1сализовазшого по-

ля, учитывающая влияние на Н^ локальных магнигостатических полей. На основе этой модели получено аналитическое выражение для определения зависимости Ну от размеров перемагни-члвзсмого участка, толциш и магнитных параметров пленок.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Казаков В.Г. Изменение доменной структуры ферромагнитных пленок под действием упругих ндаряаений // Язв.АН СССР. Сер.физ. - 1965. -Т.29, 15 4. -С.663-667.

2. Der Einfluß, einachsiger elastischer Spannungen auf dio üa-Bagnetisierungsprozesse dunnar Pemalloyschichten / V.A.Bura-vikhin, V.G.Kazakov, V.S.Khri3tosenko, P.I.Krukover // Phys. Stat. Sol.-19S6.- 7.16.-P.651-b56

3. О влиянии механических напряжений на процессы перенагни-чпванля ферромагнитных пленок / П.И.Круковер, В.С.Христо-сенко, В.Г.Казаков и др. // <3,11. -1967. - Т.23, вып. 4. -С.620-626.

4. Казаков З.Г., Круковер П.И., Ущаповский Л.В. О влиянии одноосных напряжении на доменную структуру пермаллоевых пленок // Q.M. -IS67. - Т.23, вып.5. -С.953-956.

5. Ллтвшщев В.В., Домыиев В.А., Казаков В.Г, Влияние откига на магнктоупругпе характеристики яелезо-никелевых пленок // Ш,1. -1970. - T.3Ö, вып.5. -C.I077-I079.

S. Казаков В.Г., ^'равитан В.Л., ЛитЕшщев В»В. Влияние отжига .на фазовый состав /е-М- пленок // -1970. -Т.30, вып.2. -С.439-441. 7. On Phase EquiliDrium of Fe-Ni Filas / V.V.bifcvintseVjY.A. Buravikhin, V.G.Kazakov, A.I.Oushakov // Caech. J.Phys.-1971.- Y.В 21- P.550-552.

0. Buravikhin T.A., Kazakov 7.0. Klaafcic tension effect on magnetic properties of ferromagnetic filma // Caech. J.Phys.-1971,- T. В 21 - P.375-385.

9. Влияние упругих напряжений, на критические поля тонких г.е-

лезо-никелевых пленок / В.Г.Казаков, В.П.Карабанова, В.А.^гравихин и др. // «ЕШ. -Х972, - Т.33, вып.4. -C.864-85S.

10. Влияние геометрических факторов на процесон квазиотати-чеокого перемагничивания тонких пленок / В.Г.Казаков,

В.Н.Марковский, Л.Н.Бадуленко и др. //Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТПО. -1972. ВыпД. -С,75-81.

11. Изучение магнитных свойств п изменения параметра элементарной ячейки Fe-fJt пленок разных составов / В.Г,Казаков, А.И.Шкурко, А.И.Уиаков и др. //Изв.вузов. Физика. -1372т-вш.8. -C.II6-II7.

12. Phaso Composition Effect on the Uagaecic Proparties of Thii File Fe-El / V.a.Burbvikhin, T.V.Litrinsev, Y.G.Kazakov ofc,

^Phyo.Stat. Sol.u)•-1972.-V.15. -P.377-3SO•

13. Влияние oTimra на фазовый состав и магнитоупругий параметр гелезо-никелевах пленок / В.Г.Казаков, В.А.Лиопо, А.И.Шкурко к др. // <£Ш. -1973. - Т.35, вып.5.-С.Ш5-1117.

14. Влияние упругих напряжений на процессы возникновения сползания доменных границ магнитных элементов / В.Г.Казаков, О.А.Пяхлин, В.Н.Марковский и др. //Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТПО. -1973. -Вш.1. -С.47-52.

15. Влияние магнитного пазя п упругих напряжений на кривизну л сползание доменных границ в тонких а;елезо-нккеле£ых пленка? / В.Г.Казаков, В.Э.Осуховскпй, М.Ы.Свецов и др. // CI!. -1973. - Т.35, вып.1. -С,205-208.

16. Изменение доменной структуры тонких пленок в процессе импульсного пареиагличивания / В.А.Сравнит, B.C.Авуфрп-

. еэ, П.И.Карасов, В.Г.Казаков // Магнигныз пленки: lyj^i УХ Международного коллоквиума по тонким плешкам. Минск, 23-31.03.1973г. - LLehck, 1974. -С.233-243,

17. Казаков В.Г., Гавратас А.И. Сползание доменных границ, активизированное цпслпчесЕЕМ изменением поля анизотропии // Ш. -1974. -Т.38, вып. 4. -С.8ЭЗ-8Э5.

18. Влдянпе геометрической форд: и упругих напрягший на пороговые пеля качала сползешя Доменных границ келезо-ни-Ееяевнх пленок / В.Г.Казаков, О.А.Пяглее, В.А.Теряев и .

др. // Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТПО. -1974. -Внп.1. -С.23-29.

19. Устойчивость локальных перемагначенных участков сплошной ферромагнитной пленки в магнитных полях / В.г.Казаков, В.А.Теряев, В.Н.Марковский и др. // Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТПО. -1975. -Вып.2. -С.67-73.

20. Обратное abruft превращение в мелкодисперсных железо-никелевых тонкопленочных образцах / А.И.Ушаков, В.Г.Казаков, А.М.Горовой и др. // ШМ. -197Б. - Т.41, выл. 6.-С. 1219-1224,

21. A.c. G27530 СССР, Ш2 (У II В ГГ/02.

Способ записи информация на тонкопленочный ферромагнитный поситоль / А.И.Упахов, В.А.^равихин, В.Г.Казаков и др. /СССР/. Опубл. 05. ГО. 1978, Вол. »5 37.

22. Рентгеновская характеристическая температура fb-flL сплавов с различной кристаллической решеткой / Г.Н.Красникова, А.И.Уггаков, В.Г.Казаков и др. //Изв.вузов. Физика. -1978. -Вып.5. -С.52-56.

23. Уваков А.И., ГороЕой A.M., Казаков В.Г. Злектрагографк-ческое исследование перераспределения компонентов в двухфазных яелезо-нлкелеЕЫХ пленках // M. -I973.-T. 46, вып.4. -С.389-892.

24. Gorovoi A.H., Ushakov А.Х., Kazakov 7.(3. РЬазе jt^^f Transformation Peculiarities in Fe-ïïi Fila3 // Proceedings or ICMFS 3, 28-31.08, 1979.- Lodz. 1979.-P. 203-207

25. Магнитные свойства и устойчивость (f - фазы полиморфных Ш-Nl пленок / А.И.Упаков, А.М.Горовой, В.Г.Казаков и Лр. // Тез.докл. Всесоюзной конф. "Физика магнитных /нений™ , 23-29.09.1979 г. - Харьков, 1979. С.40.

26."Казаков В.Г., Гаврилюк A.B., Таубер В.В. Критические по-Дя перемагничивания плоских магнптшх доменов // Тез. докл. Всесопзиой конф. "Физика магнитных явлений", 26-29 сентября 1979 г. - Харьков, 1979. -С.41.

27. Казаков В.Г., Таубер В.В., Гаврилок A.B. Особенности перемагничивания плоских магнитных доменов в низкокоэрцитивных каналах // СШ.' -I979.-T.47, вып.-7". -С.62-€5,

28. Гаврпдпк A.B., Таубер B.B., Казаков В.Г. Определение sse-ргдв доменных границ в тонких ферромагнитных пленках // ©ГГ. -1979. - Т.21. -С.222-225.

29. Определение энергии доменных границ тонких ферромагнитных пленок / А.В.Гаврилш, В.В.Теубер, В.Г.Казаков в др. // Тез.докл. конференции стран - членов СЭВ по физике магнитных материалов. 12-20 апреля 1980 г. - Вроцлав,1980. -С. 1У-1.

30. Фазовый. JL-~X' переход в Fe.- М- пленках под действием импульсного лазерного облучения / А.Й.Упаков, А.У.Горо-вой, В.Г.Казаков и др. // (Ш. -1980, - Т.50,вып. 2. -С. 439-442.

31. Влияние дефектов на поле зарождения плоских магнитных доменов / В.Г.Казаков, В.Н.Марковскнй, A.B.Гя,врплш и др. // Вопросы радиоэлектролита. Сер.ТПО. -1980. - Вып. I.

-С .60-64.

32. Продвижение плоских магнитных доменов в пизкокоэрцкткв-ных каналах / В.Г.Казаков, В.А.Теряев, В.З.Таубер и др. // Вопросы радиоэлектроники. Сер.ТПО -1980. - Вып. I. -С.64-69.

33. A.c. 735092 СССР, ШИ2 G- IIC 11/00.

Носитель информации / А.И.Уиаков, А.Н.Горовой, В.Г.Казаков /СССР/. - Приоритет 26.12.78.

34. Нагпитпне свойства и устойчивость ^ - фазы полиморфных келезо-никеяешх пленок / А.И.Ушаков, А.Н.Горовой,З.Г.Ка-ааков е др. // -1981. - Т.52, вып.1. -С.51-55.

35. A.c. 891514 СССР, 11КИВ G- 01 Л/ 25/32.

Способ определения необратимых фазовых изменений /А.И.Ушаков, В.&.Ыалев&, А.И.ГоровоЕ, В.Г.Казаков ИХСР/.Опубл. 30.12.81. Бол. ß 48.

36. Мягнятшэ свойства и устойчивость ß - фазы полиморфных пленок / А.Й.Упаков, А.Н.Горовой, В.Г.Казаков и др.//<М1. -1981. - Т.52, вып.1. -С.51-56.

37. Рентгенографические исследования fk-ÜL пленок, отохген-еых при высоких температурах / В.Н.Голобородько.А.И.Ува-ков, А.Ц.ГороьоЕ, В.Г.Казаков'//Изв.вузоЕ. ©кзпка. -IS8I. -Вып.7 -С.125-126.

38. Взаимодействие периодических доменных границ в тонких л:елезо-пикелевых пленках / В.Г.Казаков, В.П.Панаэтсш, В.И.Попов, Б.О.Бочкарев // ШМ. -1982. - Т.53, выи. 2. -0.407-408.

39. Казаков В.Г., Корычев Д.В. Магнитная структура плепок с нязкокоорцятившми каналами // £Ш, -1982. - Т.54, еып. 6, - С. I2I4-I2I6.

40. Ильчук А.Г., ■ Лятвинцев В.В., Казаков В.Г. Электронномик-роокопическое исследовапие упорядочения в Fk-tli пленках эквиатомного состава // Изв.вузов, Физика. -1982.-Вып.Ю,

• -G.I2I-I22.

41. A.c. 1057559 СССР, Ш3 С 21 Д 6/00; С 21 Д 1/26. Способ обработки сплавов па основе железа / Г.В.Шербеди-пский, П.Л.Грузин, Ю.Л.Родаонов, А.И.Горовой, В.Г.Казаков и др. /СССР/. Опубл. 30.11.83. Вал. Й 44.

42. Исследование приближения к равновесному состояние) в пленках сплавов fe-?/i. / А.М.Горовой, А.И.Упаков, В.Г.Казаков и др. // 2Ш. -1984. - Т.58, вып.1. -C.II3-II8.

43. Казаков В.Г., Таубер В.В. Устойчивость доменов к внешним магнитным поллл в пленках с плоскостной анизотропией

// <Mi. -1985. - Т.59, вып.5. -0.908-913.

44. Перераспределение атомов в субмикрообъемах при превращении в тонких fe-i/c пленках / В.Г.Казаков, П.Л.Грузин, S3. Л. Родионов и др. // Металлофизика. -1985. - Т.7, » 6. -С.47-51.

45. Malyutin V.l., EazaJkov 7.G., Korychev 0.?. On the üechanisn of Domain Wall Break-Through fron localized 0b3tracles in

Thin Magnetic Pilns//Phy3.Stat.Sol.(a).-19ö5.-V.90.-P.K161-S163.

46. Изучение низкотемпературного распада ¡f - фазы в яелезо-никелевых пленках / А.М.Горовой, Е.Л.Грузин, В.Г.Каза-

•KOB и др. // <ШМ. -1986. - Т.62, вып.4. -С.821-823.

47. Казаков В.Г., Корычев Д.В. Li exam зм продвижения верхушек доменов // Mi. -1987. - Т.63, вып.З. -С.619-622.

48. Экспериментальное и теоретическое исследование распределения намагниченности в наклонных низкокоэрцитивных каналах / Н.П.Васильева, В.Г.Казаков, В.С.Семенов и др. // Ш. -1988. - Т.65, вып.4. -С.717-723.