Η σημερινή τεχνολογία βασίζεται, όσον αφορά στην αποθήκευση και ανάγνωση της πληροφορίας, σε σύνθετα υλικά αποτελούμενα από τεχνητές στρωματικές υπερδομές, (όπως βαλβίδες σπιν, μέσα εγγραφής, ταλαντωτές ροής στρέψης σπιν, και πρόσφατα τοπολογικά προστατευμένες μαγνητικές δομές).
Στη παρούσα ερευνητική εργασία διπλώματος εξειδίκευσης αναπτύχθηκαν δομές λεπτών υμενίων CoFeB, οι οποίες παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο καθοδικής ιοντοβολής. Σαν άμορφα υλικά είναι κατάλληλα για χρήση σε εύκαμπτα ηλεκτρονικά, ενώ παράλληλα έχει αναφερθεί η επίτευξη κάθετης ανισοτροπίας (ΚΜΑ). Έτσι η ανάπτυξη των υμενίων βασίστηκε στις παραμέτρους εναπόθεσης, χωρίς οποιοδήποτε είδος επιταξίας ενώ η ΚΜΑ επιδιώχθηκε μέσω διεπιφανειακής ανισοτροπίας με τα στρώματα MgO, Pt, Ru, Ta. Σε επιλεγμένα υμένια έγινε θερμική επεξεργασία ώστε να μελετηθεί η επίδραση της διάχυσης στην ανισοτροπία και τις μαγνητικές ιδιότητες γενικότερα. Οι δομικές ιδιότητες των δειγμάτων μελετήθηκαν με την τεχνική της ανακλαστικότητας ακτίνων –Χ (XRR), ενώ οι μαγνητικές τους ιδιότητες καθορίστηκαν μέσω του μαγνητομέτρου δονούμενου δείγματος (Vibrating Sample Magnetometry). Η ανισοτροπία προσδιορίστηκε από τη σύγκριση μαγνητικών μετρήσεων με το πεδίο κάθετα και παράλληλα στο υπόστρωμα. Κάθετη ανισοτροπία επιτεύχθηκε μόνο για πολύ λεπτά μαγνητικά στρώματα.
Για την ομάδα δειγμάτων Co60Fe20B20/MgO παρατηρήθηκε ότι μόνο τα πολύ λεπτά στρώματα CoFeB τείνουν να αποκτήσουν κάθετη ανισοτροπία. Επίσης ακολουθήθηκε θερμική κατεργασία (heat-treatment), η οποία δεν ευνόησε σημαντικά την ενίσχυση της ΚΜΑ και με παρατεταμένη θερμική επεξεργασία μειώνεται ακόμα περισσότερο η κάθετη μαγνήτιση λόγω της υποβάθμισης της ποιότητας των διεπιφανειών.
Για τα δείγματα Pt/Co60Fe20B20/MgO ύστερα από τη διπλή θερμική κατεργασία που έχουν υποστεί τα δείγματα εμφανίζουν τάση ανάπτυξης ΚΜΑ. Η απουσία κροσσών Bragg στα διαγράμματα XRR δείχνει ότι υπάρχει εκτεταμένη διάχυση στις διεπιφάνειες.
Τα δείγματα της σειράς Ta/Co60Fe20B20/Ta όπως και στα Pt/Co60Fe20B20/Ta δείγματα παρατηρούμε ότι είναι στο όριο εμφάνισης ΚΜΑ και δεν παρατηρήθηκε κάποια βελτίωση μετά από ανόπτηση.
Τέλος, σύμφωνα με το μαγνητικό χαρακτηρισμό των πολυστρωματικών υμενίων της σειράς Ru/Co60Fe20B20 παρατηρείται μια οριακή βελτίωση στις τιμές της ΚΜΑ ύστερα από την ανόπτηση. Ομοίως και σε αυτά τα δείγματα η απουσία κροσσών Bragg από τα διαγράμματα XRR δείχνει ότι υπάρχει εκτεταμένη διάχυση στις διεπιφάνειες.
(EL)
Today's information storage and processing technology is based, on composite materials consisting of artificial layered superlattices (such as spin valves, recording media, spin torque oscillators, and more recently topologically protected magnetic structures).
In this work, CoFeB based layered thin films have been deposited by magnetron sputtering. As these materials are amorphous, they are suitable for use in flexible electronics, while perpendicular magnetic anisotropy (PMA) has been reported. Thus, the development of the films was based on the deposition conditions, independently of any kind of epitaxy on the substrate whereas the PMA was sought through interfacial anisotropy with MgO, Pt, Ru, Ta layers. Heat treatment was performed on selected films, in order to study the effect of diffusion on anisotropy and the magnetic properties in general. Structural characterization was accomplished using X-Ray Reflectivity (XRR) and the magnetic behavior of samples has been investigated by using a vibrating sample magnetometry (VSM). The anisotropy was determined by comparing magnetic measurements with the field perpendicular to the substrate. Perpendicular anisotropy was achieved only for very thin magnetic layers.
For the Co60Fe20B20/MgO samples it was observed that only the very thin CoFeB layers tend to obtain perpendicular anisotropy. Heat-treatment was also followed, which did not significantly favored the enhancement of PMA and with prolonged heat treatment perpendicular magnetization was further reduced due to the degradation of interface quality.
For Pt/Co60Fe20B20/MgO samples, the double annealing shows a growth trend of PMA. The absence of Bragg framing in the XRR diagrams indicates that there is widespread diffusion in the interfaces.
The Ta/Co60Fe20B20/Ta and the Pt/Co60Fe20B20/Ta samples are observed to be at the PMA appearance limit and there is no improvement after annealing.
Finally, according to the magnetic characterization of the multilayer films of the Ru/ Co60Fe20B20samples, a small improvement in PMA values after annealing is observed. Similarly, in these samples, the absence of Bragg framing from the XRR diagrams indicates that there is extensive diffusion in the interfaces.
(EN)
University of Ioannina
