Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu

Наведено результати експериментальних досліджень структурно-фазового стану, електрофізичних і магнеторезистивних властивостей двокомпонентних плівкових систем на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu. Вибір цих систем пов’язаний із стабілізацією в них різних структурно-фазових станів: твердий розч...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Успехи физики металлов
Дата:2012
Автори: Кондрахова, Д.М., Шабельник, Ю.М., Синашенко, О.В., Проценко, І.Ю.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98335
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu / Д.М. Кондрахова, Ю.М. Шабельник, О.В. Синашенко, І.Ю. Проценко // Успехи физики металлов. — 2012. — Т. 13, № 3. — С. 241-267. — Бібліогр.: 40 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859735637371912192
author Кондрахова, Д.М.
Шабельник, Ю.М.
Синашенко, О.В.
Проценко, І.Ю.
author_facet Кондрахова, Д.М.
Шабельник, Ю.М.
Синашенко, О.В.
Проценко, І.Ю.
citation_txt Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu / Д.М. Кондрахова, Ю.М. Шабельник, О.В. Синашенко, І.Ю. Проценко // Успехи физики металлов. — 2012. — Т. 13, № 3. — С. 241-267. — Бібліогр.: 40 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Успехи физики металлов
description Наведено результати експериментальних досліджень структурно-фазового стану, електрофізичних і магнеторезистивних властивостей двокомпонентних плівкових систем на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu. Вибір цих систем пов’язаний із стабілізацією в них різних структурно-фазових станів: твердий розчин (системи на основі Fe і Cu або Cr) і ґранульований твердий розчин (системи на основі Co і Cu або Ag). Експериментальні результати стосовно температурного коефіцієнта опору (ТКО) задовільно або добре узгоджуються зі співвідношеннями для ТКО плівкового стопу або ґранульованого стопу. Це є додатковим арґументом на користь висновків про структурно-фазовий стан двокомпонентних систем. Магнетоопір (МО) досліджено у трьох геометріях міряння. Проаналізовано вплив термовідпалу зразків на величину МО, поля наситу, чутливости до магнетного поля. The results of experimental investigations of the structure and phase states, electrophysical and magnetoresistance properties of the two-component film systems based on Co and Cu or Ag, Fe and Cr or Cu are presented. The choice of the mentioned systems is due to different structure and phase states stabilized within them: solid solution (Fe- and Cu- or Cr-based systems) and granular solid solution (Co- and Cu- or Ag-based systems). Experimental results for thermal resistance coefficient (TRC) agree satisfactory or well with relations for TRC of film alloy or granular alloy. It serves as an additional argument contributing to the conclusions about the structure and phase state of twocomponent systems. Magnetoresistance (MR) study is performed in three measuring geometries. The analysis of influence of the thermal annealing on MR, saturation field, sensitivity to the magnetic field is carried out. Представлены результаты экспериментальных исследований структурно-фазового состояния, электрофизических и магниторезистивных свойств двухкомпонентных плёночных систем на основе Co и Cu или Ag, Fe и Cr или Cu. Выбор этих систем связан со стабилизацией в них различных структурно-фазовых состояний: твёрдый раствор (системы на основе Fe и Cu или Cr) и гранулированный твёрдый раствор (системы на основе Co и Cu или Ag). Экспериментальные результаты для температурного коэффициента сопротивления (ТКС) удовлетворительно или хорошо согласуются с соотношениями для ТКС плёночного сплава или гранулированного сплава. Это служит дополнительным аргументом в пользу выводов о структурно-фазовом состоянии двухкомпонентных систем. Магнитосопротивление (МС) исследовано в трёх геометриях измерения. Проанализировано влияние термоотжига образцов на величину МС, поля насыщения, чувствительности к магнитному полю.
first_indexed 2025-12-01T15:18:33Z
format Article
fulltext PACS numbers: 68.37.Lp, 68.55.Nq, 68.65.-k, 73.50.Jt, 73.61.At, 75.47.Np, 81.05.Rm Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu Д. М. Кондрахова, Ю. М. Шабельник, О. В. Синашенко, І. Ю. Проценко Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007 Суми, Україна Наведено результати експериментальних досліджень структурно-фазового стану, електрофізичних і магнеторезистивних властивостей двокомпонен- тних плівкових систем на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu. Вибір цих систем пов’язаний із стабілізацією в них різних структурно-фазових ста- нів: твердий розчин (системи на основі Fe і Cu або Cr) і ґранульований тве- рдий розчин (системи на основі Co і Cu або Ag). Експериментальні резуль- тати стосовно температурного коефіцієнта опору (ТКО) задовільно або доб- ре узгоджуються зі співвідношеннями для ТКО плівкового стопу або ґра- нульованого стопу. Це є додатковим арґументом на користь висновків про структурно-фазовий стан двокомпонентних систем. Магнетоопір (МО) до- сліджено у трьох геометріях міряння. Проаналізовано вплив термовідпалу зразків на величину МО, поля наситу, чутливости до магнетного поля. The results of experimental investigations of the structure and phase states, electrophysical and magnetoresistance properties of the two-component film systems based on Co and Cu or Ag, Fe and Cr or Cu are presented. The choice of the mentioned systems is due to different structure and phase states stabilized within them: solid solution (Fe- and Cu- or Cr-based systems) and granular solid solution (Co- and Cu- or Ag-based systems). Experimental results for thermal resistance coefficient (TRC) agree satisfactory or well with relations for TRC of film alloy or granular alloy. It serves as an additional argument contributing to the conclusions about the structure and phase state of two- component systems. Magnetoresistance (MR) study is performed in three measuring geometries. The analysis of influence of the thermal annealing on MR, saturation field, sensitivity to the magnetic field is carried out. Представлены результаты экспериментальных исследований структурно- фазового состояния, электрофизических и магниторезистивных свойств двухкомпонентных плёночных систем на основе Co и Cu или Ag, Fe и Cr или Cu. Выбор этих систем связан со стабилизацией в них различных Успехи физ. мет. / Usp. Fiz. Met. 2012, т. 13, сс. 241–267 Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé 2012 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû) Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå. 242 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО структурно-фазовых состояний: твёрдый раствор (системы на основе Fe и Cu или Cr) и гранулированный твёрдый раствор (системы на основе Co и Cu или Ag). Экспериментальные результаты для температурного коэффици- ента сопротивления (ТКС) удовлетворительно или хорошо согласуются с соотношениями для ТКС плёночного сплава или гранулированного спла- ва. Это служит дополнительным аргументом в пользу выводов о структур- но-фазовом состоянии двухкомпонентных систем. Магнитосопротивление (МС) исследовано в трёх геометриях измерения. Проанализировано влия- ние термоотжига образцов на величину МС, поля насыщения, чувстви- тельности к магнитному полю. Ключові слова: структурно-фазовий стан, твердий розчин, ґранульований стоп, ТКО, магнетоопір. (Отримано 27 березня 2012 р.) 1. ВСТУП Пошук плівкових матеріялів з покращеними властивостями сти- мулюється їх високою функціональністю, широким застосуванням при створенні терморезисторів, тензодавачів, сенсорів магнетних характеристик та ін. [1–3]. Плівкові матеріяли повинні мати термі- чну стійкість структурно-фазового складу та стабільні характерис- тики у робочому діяпазоні температур, деформацій, магнетного по- ля. Аналізуючи роботи [3–6], можна говорити про накопичений значний теоретичний та експериментальний матеріял з досліджень електрофізичних та магнеторезистивних властивостей, мікростру- ктури та фазового складу, дифузійних процесів у багатошарових та багатокомпонентних плівкових матеріялах. Але пошук нових бага- тошарових матеріялів, удосконалення технологій та методик одер- жання стабільних електрофізичних або магнеторезистивних влас- тивостей плівкових матеріялів залишається актуальною задачею. Особливу увагу дослідників привертають плівкові системи, в яких відбувається утворення необмежених твердих розчинів (т.р.) із мож- ливою подальшою стабілізацією в них ґранульованого стану [7–15]. Це пов’язано із спостережуваним в таких системах явищем ГМО, де переважає спін-залежне розсіяння носіїв електричного струму на ґранулях магнетного компонента, що розташований у немагнетній матриці. Вперше це явище спостерігалося у мультишарах на основі фраґментів Fe/Cr, Fe/Cu і Co/Cu [16–18]. У роботах А. Ферта та ін. [17–21] був більш детально досліджений ефект ГМО та вплив на його величину товщини немагнетного прошарку для цих системи. На даний момент плівкові матеріяли зі спін-залежним розсіян- ням електронів широко застосовуються в електронному мікропри- ладобудуванні, зокрема, для виготовлення давачів магнетного поля [22–25]. Не дивлячись на велику кількість робіт з дослідження СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 243 впливу на величину ГМО структури, фазового стану, умов осаджен- ня і термообробки, подальші дослідження в цьому напрямі дозво- лять одержати нові дані, що підтвердять відомі теоретичні моделі та розширять уявлення про явище ГМО. Метою даної роботи стало комплексне дослідження електрофізич- них та магнеторезистивних властивостей у кореляції зі структурно- фазовим станом двокомпонентних плівкових систем на основі Со і Ag, Co і Cu, Fe і Cu та Fe і Cr, що можуть бути використані як чутливі елементи термодавачів або давачів магнетного поля. 2. МЕТОДИКА ТА ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Двокомпонентні плівкові системи на основі Co і Cu (або Ag) та Fe і Cu (Cr) одержувалися в установці ВУП-5М (p  10 3–10 4 Па). Кон- денсація плівок Ag, Fe, Cu та Cr здійснювалася резистивною мето- дою випаровування, а плівок Со — електронно-променевим. Швид- кість конденсації становила 1–4 нм/с. Осадження проводилось на підложжя із аморфного ситалу при температурі 300 К (для магне- торезистивних досліджень) та на відкол кристалу NaCl, на який по- передньо було осаджено плівку вуглецю товщиною приблизно у 30 нм (для електронно-мікроскопічних досліджень). Спеціяльна система заслінок (рис. 1) дала змогу в одному техно- логічному процесі одержувати як одношарові плівки, так і двоша- рові системи. Осадження плівок проходило як одночасним розпо- рошенням з двох джерел, так і почерговою конденсацією двох ком- понентів. У випадку систем з обмеженою взаємною розчинністю для утворення твердих розчинів застосовувалися методи одночас- ного осадження компонентів (Co і Ag) або пошарового осадження надтонких шарів (товщиною d  0,5–3 нм) без їх витримки у часі (Fe Рис. 1. Схема одержання одно- і двокомпонентних зразків при одночасно- му випаровуванні з двох джерел. 244 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО і Cu) [26]. У випадку систем з необмеженою взаємною розчинністю компонентів методою послідовної конденсації шарів з наступною термообробкою були одержані ґранульовані (Cu, Co) або неґрану- льовані (Fe, Cr) тверді розчини. Товщина окремих шарів плівкової системи контролювалася дво- ма методами. В процесі конденсації за допомогою кварцового резо- натора, а після осадження — методою оптичної інтерферометрії. Для одержаних різними методами двокомпонентних плівкових си- стем концентрація компонентів обраховувалася, виходячи із їх ефективної товщини: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 d c d d            , (1) де i — густина, i — молярна маса відповідного елементу. Відпалювання зразків проводилося в інтервалі температур від 300 до 850 К. Контроль температури здійснювався за допомогою приладу АРРА-109 та хромель–алюмелевої термопари. Подальші дослідження структурно-фазового стану і проведення електроно- графічної аналізи проводилися за допомогою просвітного елект- ронного мікроскопу ПЕМ-125К після охолодження зразків до 300 К. Розшифрування дифракційних картин відбувалося за стан- дартними співвідношеннями (див., наприклад, [27]). Вивчення магнетоопору проводилось при кімнатній температурі з використанням чотироточкової методи в зовнішньому магнетному полі (0–0,5 Тл) в трьох геометріях вимірювання: повздовжній, по- перечній та перпендикулярній. Величина магнетоопору визначала- ся за співвідношенням:  ( ) ( ) ( ) ( )s s sR R B R B R B R B   , (2) де R(B) — поточне значення опору плівкової системи в магнетному полі та R(Bs) — опір у полі насичення Bs. Вимірювання проводилися в автоматичному режимі за допомо- гою розробленого у роботі [28] автоматичного комплексу, що скла- дається з 8-канального 16-бітного АЦП ADAM-4118, перетворюва- ча інтерфейсів ADAM-4520, схеми керування джерелом високого струму та персонального комп’ютера. Похибка вимірювань стано- вить 0,02%, що пояснюється тим, що в процесі вимірювання магне- тоопору використовується безпосередньо величина електричного опору зразка, а не його питомий опір. При виборі плівкових систем як елементної бази наноелектроніки значну роль, крім величини магнетоопору, відіграє величина поля наситу Bs. Найменше значення Bs досягається в спін-клапанних структурах за рахунок ріжниці величин коерцитивної сили магнет- них шарів, різних за товщиною або виконаних із різних матеріялів. СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 245 В розглядуваних нами мультишарах на основі феромагнетика (Fe, Co) і немагнетного металу (Cu, Ag, Cr) поле насичення може бути зменшене в декілька разів шляхом термообробки зразка (при цьому чим більша температура відпалювання Tв, тим помітніше падіння величини Bs). Але при цьому необхідно також враховувати і падіння величини МО з ростом Tв, яке може бути як незначним [2, 29], так і досягати десятки разів [30]. Тому в деяких роботах [2, 31], присвяче- них застосуванню ГМО-структур в сенсорній техніці, вводять понят- тя чутливости плівкової системи до магнетного поля, максимальне значення якої визначається за формулою:   max / ( )B s sS R R B B  , (3) де (R/R(Bs))max — максимальне значення МО; Bs — індукція поля наситу. Величина SB вимірюється в %/Тл і дає уявлення про спів- відношення величин магнетоопору та поля насичення. 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТУ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ 3.1. Структура та фазовий склад плівок Згідно з діяграмами стану Ag–Co для масивних зразків [32] компо- ненти мають дуже обмежену розчинність у порівнянні із плівкови- ми зразками. Стабілізація твердого розчину (т.р.) (Ag, Co) із елемен- тами ґранульованого стану (рис. 2) має місце як у процесі одночасної конденсації із двох джерел, так і при послідовній конденсації із на- ступною термообробкою. Рисунки 3 і 4, а також відповідні їм табли- ці 1 і 2 даних розшифрування електронограм ілюструють сказане на прикладі двошарової плівкової системи Ag(34 нм)/Co(15 нм)/П та систем (Ag(32)  Co(8))/П і (Ag(12)  Co(29))/П, в яких ефективна концентрація атомів Со складає сСо  32, 28, 78 ат.% відповідно. Рис. 2. Мікроструктура ґранульованого стопу (Ag(32)  Co(8))/П. П — під- ложжя. 246 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО Оскільки т.р. (Ag, Co) утворюється на основі матриці із Ag, то його параметр ґратниці має дещо більше значення у порівнянні із пара- метром плівки Ag. Відмітимо, що ці результати узгоджуються із даними робіт [33, 34]. Методою одночасної конденсації металів, описаною вище, було одержано зразки типу (Ag  Co)/П з різною концентрацією атомів Со. Розшифрування електронограм показали у невідпаленому стані наявність фази т.р. (Ag, Co) з параметром кристалічної ґратниці а  0,4081 нм, що узгоджується з даними, одержаними авторами [10]. Відпал зразків до температури 800 К призводить до деякого збільшення параметра кристалічної ґратниці на рівні 0,4085 нм та а б Рис. 3. Дифракційні картини та відповідна мікроструктура плівкової сис- теми Ag(34 нм)/Co(15 нм)/П у невідпаленому (а) та відпаленому до 800 К (б) стані (ефективна концентрація — 32 ат.% Со). а б Рис. 4. Дифракційні картини та відповідна мікроструктура плівкових сис- тем (Ag(32)  Co(8))/П (а) та (Ag(12)  Co(29))/П (б) у невідпаленому стані (ефективна концентрація — 28 та 78 ат.% Co відповідно). СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 247 появи екстрарефлексів від ґрануль ГЩП-Со. На мікроструктурі прослідковується також помітне збільшення розмірів ґрануль Со. Результати дослідження структурно-фазового стану багатошаро- вих систем на основі Co і Cu вказують на утворення т.р. (Cu, Co) на основі ГЦК-ґратниці Cu ще в процесі пошарової конденсації компо- ТАБЛИЦЯ 1. Результати розшифрування електронограм від плівкової системи Ag(34)/Co(15)/П. № Тв  300 К Тв  800 К І, в.о. dhkl, нм hkl фаза а, нм І, в.о. dhkl, нм hkl фаза а, нм 1 сер. 0,2363 111 Ag 0,4065 д.с. 0,2364 111 т.р. (Ag, Co) 0,4075 2 д.с. 0,2046 200 Ag 0,4069 сер. 0,2046 200 т.р. (Ag, Co) 0,4077 3 сер. 0,1921 101 ГЩП-Со – сер. 0,1932 101 ГЩП-Со – 4 сер. 0,1446 220 Ag 0,4071 сер. 0,1447 220 т.р. (Ag, Co) 0,4070 5 сл. 0,1235 311 Ag 0,4063 сл. 0,1234 311 т.р. (Ag, Co) 0,4081 6 д.сл. 0,1081 201 ГЩП-Со – д.сл. 0,1084 201 ГЩП-Со – a (Ag)  0,4067 нм a (т.р.(Ag, Co))  0,4076 нм а0(Ag)  0,4086 нм [33] ТАБЛИЦЯ 2. Результати розшифрування електронограм від плівкових систем (Ag(32)  Co(8))/П та (Ag(12)  Co(29))/П. № (Ag(32) + Co(8))/П, Тв  300 К (Ag(12) + Co(29))/П, Тв  800 К І, в.о. dhkl, нм hkl фаза а, нм І, в.о. dhkl, нм hkl фаза а, нм 1 д.с. 0,2370 111 т.р. (Ag, Со) 4,076 д.с. 0,2355 111 т.р. (Ag, Co) 0,4079 2 сер. 0,2054 200 т.р. (Ag, Со) 4,082 сер. 0,2040 200 т.р. (Ag, Co) 0,4080 3 сер. 0,1819 101 ГЩП-Со – сер. 0,1921 101 ГЩП-Со – 4 сер. 0,1451 220 т.р. (Ag, Со) 4,084 сер. 0,1444 220 т.р. (Ag, Co) 0,4081 5 сл. 0,1235 311 т.р. (Ag, Со) 4,078 сл. 0,1233 311 т.р. (Ag, Co) 0,4086 6 д.сл. 0,1099 201 ГЩП-Co – д.сл. 0,1179 201 ГЩП-Со – a (т.р.(Ag, Co))  0,4080 нм a (т.р.(Ag, Co))  0,4081 нм а0(Ag)  0,4086 нм [33] 248 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО нентів у всьому інтервалі загальної концентрації атомів Co, що по- яснюється досить близькими значеннями параметра ґратниці ГЦК- Cu і ГЦК-Co (рис. 5, табл. 3). Цей висновок можна зробити виходя- чи з того, що визначений середній параметр ґратниці т.р. є більш наближеним до табличного значення Сu, як і в одношарових плів- ках, параметри яких відповідають масивним зразкам. Плівкові си- стеми Co/Cu в досліджуваному діяпазоні товщин двофазні, оскіль- ки поряд з лініями т.р. спостерігаються також лінії, що відповіда- ють ГЦК-Co. В зразках, де концентрація атомів Co знаходилася в межах від 70 до 80 ат.%, на електронограмах додатково фіксу- ються лінії від ГЩП-Co. При температурі Т  690 К має місце поліморфний ГЩПГЦК- перехід, який у малих частинках може відбуватися при Т  600 К [34, 35]. а б в а б в Рис. 5. Кристалічна структура і дифракційні картини (на вставках) від плівкової системи Co(9)/Cu(3)/Co(9)/П, невідпаленої (а) та відпаленої до Тв  700 К (б) та 850 К (в) і охолодженої до 300 К. Т А Б Л И Ц Я 3 . Р о з ш и ф р у в а н н я д и ф р а к ц ій н и х к а р т и н в ід п л ів к о в о ї с и с т е м и C o (9 )/ C u (3 )/ C o (9 )/ П , н е в ід п а л е н о ї т а в ід п а л е н о ї д о Т в  7 0 0 К і 8 5 0 К . № h k l 0 h k l d , н м Н е в ід п а л е н а , T п  3 0 0 К В ід п а л е н а д о 7 0 0 К В ід п а л е н а д о 8 5 0 К d h k l, н м ф а з а a , н м d h k l, н м ф а з а a , н м d h k l, н м ф а з а a , н м 1 0 0 0 ,2 1 6 – – – – – – 0 ,2 1 5 Г Щ П -C o – 1 1 1 1 0 ,2 0 4 0 ,2 0 5 0 ,2 0 6 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 5 0 ,3 5 7 0 ,2 0 5 0 ,2 0 7 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 5 0 ,3 5 9 0 ,2 0 5 0 ,2 0 7 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 5 0 ,3 5 9 1 0 1 0 ,1 9 2 – – – – – – 0 ,1 9 2 Г Щ П -C o – 2 2 0 0 0 ,1 7 7 0 ,1 7 8 0 ,1 7 9 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 6 0 ,3 5 8 0 ,1 7 9 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 7 0 ,1 7 9 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 9 3 2 2 0 0 ,1 2 5 0 ,1 2 5 Г Ц К -С o 0 ,3 5 5 0 ,1 2 6 Г Ц К -С o 0 ,3 5 6 0 ,1 2 6 0 ,1 2 7 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 6 0 ,3 5 9 4 3 1 1 0 ,1 0 8 0 ,1 0 7 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 6 0 ,1 0 8 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 7 0 ,1 0 9 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 6 0 5 2 2 2 0 ,1 0 4 0 ,1 0 3 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 7 0 ,1 0 2 0 ,1 0 3 Г Ц К -С o т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 5 0 ,3 5 7 0 ,1 0 4 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 9 6 4 0 0 0 ,0 8 9 0 ,0 8 9 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 6 – – – – – – 7 3 3 1 0 ,0 8 1 0 ,0 8 2 Г Ц К -С o 0 ,3 5 5 0 ,0 8 2 т .р . (C u , C o ) 0 ,3 5 7 – – – a (т .р . (C u , C o ))  0 ,3 5 7 н м a (т .р .( C u , C o ))  0 ,3 5 8 н м a (т .р .( C u , C o )) = 0 ,3 5 9 н м а 0 (Г Ц К -С о )  0 ,3 5 5 н м ; а 0 (C u )  0 ,3 6 2 н м [3 3 ] СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 249 При термовідпалюванні до 700 К спостерігається збільшення се- реднього розміру кристалітів т.р., та поліморфний ГЩПГЦК- перехід, який можна пояснити, як і в попередньому випадку, про- явом фазового розмірного ефекту. При подальшому відпалюванні зразків до температури Тв  850 К поряд з лініями, що відповідають ГЦК-Co та ГЦК-т.р. (Cu, Co), фіксуються також лінії від ГЩП-Co. Певний інтерес становлять результати при концентрації сСо   82 ат.%. В даній системі на електронограмі поряд з лініями ГЦК-т.р. присутні лінії, що відповідають ГЩП-Co, фаза якого стабілізується в ґранулях або у залишковій плівці Со при умові, що не усі атоми плів- ки Со пішли на утворення т.р. або ґрануль. Аналогічні результати бу- ли одержані в роботі [9], де відмічається утворення метастабільного ГЦК-т.р. (Cu, Co) при концентрації атомів кобальту: 26, 60 та 82%. На рисунку 6 представлено залежність параметра ґратниці т.р. (Cu, Co) від загальної концентрації атомів Co у всьому діяпазоні до- сліджуваних товщин, одержаних пошаровою конденсацією у не- відпаленому (Т  300 К) та відпаленому до 700 К (наші дані) станах. Також на рисунку наведено точки, що належать зразкам, яких оде- ржано пошаровим напорошенням з концентрацією атомів Со в ме- жах 30–50 ат.% у невідпаленому стані (Т  300 К) [10], та зразкам, одержаним одночасною конденсацією компонентів [11–13]. Одер- жана сукупність експериментальних точок гарно узгоджується з Веґардовим правилом. Порівняння наших результатів із даними робіт [7, 8] свідчить та- кож про можливість утворення т.р. на основі ґратниці ГЦК-Co за умови одночасної конденсації компонентів та подальшої термооб- робки до 700 К. В роботі [10] представлені деякі результати дослі- джень фазового та структурного стану двошарових плівкових сис- Рис. 6. Залежність параметра решітки ГЦК-т.р. (Cu, Co) при різних темпе- ратурах від загальної концентрації атомів Со у плівковій системі. Пунк- тирна лінія відповідає Веґардовому правилу. 250 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 251 тем на основі Co і Cu. В даній системі при пошаровому напорошенні сформувався т.р. (Cu, Co) з параметром ґратниці, близьким до а0(ГЦК-Cu), що добре проілюстровано на рис. 6. За нашими попередніми дослідженнями у мультишарах на осно- ві Fe/Сr вже на стадії конденсації відбувається утворення т.р. (-Fe, Cr) [36, 37], який є термічно стабільним; а в мультишарових плів- кових системах на основі фраґментів Fe/Сu — т.р. (Cu, -Fe) на ос- нові ГЦК-ґратниці (при товщинах шарів dFe  1,5 нм) або ОЦК- ґратниці -Fe (в інтервалі товщин 1,5  dFe  2 нм) [37]. 3.2. Електрофізичні властивості Одним із варіантів врахування впливу структурно-фазового стану на електрофізичні властивості плівкових систем може слугувати порівняння експериментальних величин із розрахунковими. Спро- бу врахування такого впливу на величину термічного коефіцієнта опору здійснено у [36, 38], де запропоновано феноменологічні моде- лі електрофізичних властивостей: — для двошарової плівкової системи із індивідуальністю окремих шарів («біпластина») 1 2 2 2 1 1 1 2 1 2 2 1 d d d d               , (4) де і — ТКО і і — питомий опір окремих шарів; — для гомогенної системи у вигляді плівкового стопу по всій товщині 1 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 ñ ñ ñ ñ            ; (5) — для ґранульованого стопу, мова про який буде вестися нижче. У [36] було показано, що експериментальні дані ТКО двошарових плівкових систем Fe/Cr і Fe/Cu із досить товстими шарами 10–30 нм відповідають умові плівкового стопу та «біпластині» з можливим утворенням стопу біля інтерфейсу відповідно. На рисунку 7 предста- влено температурні залежності питомого опору і ТКО та концентра- ційна залежність ТКО для багатошарових плівкових систем [Fe/Cu]n/П і [Fe/Cr]n/П із загальною товщиною в інтервалі 60–80 нм. При цьому в обох системах із збільшенням концентрації Fe ТКО збі- льшується: в системі Fe/Cu в інтервалі концентрацій 31–90 ат.% Fe — від 0,5710 3 до 2,1910 3 К 1 (300 К), а в системі Fe/Cr в інтервалі 31–85 ат.% Fe — від 0,5610 3 до 2,0510 3 К 1 (300 К). Необхідно від- мітити задовільну кореляцію між ТКО цих систем і cFe: залежності мають лінійний характер для трьох температур вимірювання 300, 500 і 700 К. Лінійний характер (cFe) в принципі закладений у спів- 252 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО відношенні (5), яке можна перетворити до вигляду: 1 1 1 2 2 2 ñ ñ        , (6) де враховано, що c11  c22  . Звідси видно, що для випадку с1  c2 (перенасичений стоп)  прямо пропорційний концентрації с1. Також відмітимо, що ТКО а б в г д е Рис. 7. Температурні залежності питомого опору (а, б) і ТКО (а, б, д, е) та концентраційна залежність ТКО для багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cu (а, в, д) і Fe/Cr (б, г, е) із загальною товщиною dзаг в інтервалі 60–80 нм: [Fe(1,2)/Cu(1,2)]30/П (а), [Fe(3)/Cr(2,2)]15/П (б). СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 253 обернено пропорційний температурі, якісно ця залежність має міс- це, якщо зафіксувати концентрацію. Таким чином, експеримента- льно підтверджується феноменологічна теорія для ТКО твердих ро- зчинів. Таблиця 4 містить результати порівняння експериментальних і розрахункових значень ТКО на основі співвідношень (4) і (5). Як видно із їх відповідности, структурно-фазовий стан багатошарових систем на основі фраґментів Fe/Cu або Fe/Cr відповідає т.р., що бу- ло зазначено нами у [37] за результатами електронографічних дос- ліджень. Типові температурні залежності питомого опору і ТКО для дво- компонентної плівкової системи Ag(100  x)/Co(x)/П проілюстро- вано на рис. 8. При нагріванні протягом першого термостабіліза- ційного циклу в інтервалі температур 300–600 К має місце незнач- не збільшення питомого опору з його зменшенням на проміжку 600–850 К, що може бути пов’язано із залікуванням дефектної структури і процесами рекристалізації, які супроводжуються зни- женням внеску зерномежового розсіяння носіїв струму у загальний опір системи. При охолодженні питомий опір монотонно зменшу- ється, що пояснюється завершенням релаксаційних процесів вже на першому циклі термообробки. Концентраційні залежності ТКО для плівкових систем Ag(100  x)/Co(x)/П із різними загальними товщинами наведені на рис. 9 при температурах Т  300, 500 і 700 К. Як можна помітити, вони відрізняються від подібних залежнос- тей для багатошарових систем [Fe/Cu]n/П і [Fe/Cr]n/П і мають екс- поненційний характер. В основі феноменологічного моделю елект- рофізичних властивостей ґранульованих плівкових стопів, запро- понованих авторами [37], лежать наступні положення: — плівковий зразок моделюється у вигляді шаруватої структури; — окремий шар (рис. 10, а) моделюється у вигляді паралельного з’єднання рурок струму, кожна з яких складається із послідовного з’єднання фраґментів т.р. і ґрануль із середнім радіюсом r0 (рис. 10, б); — розрахунок опору ґранулі (Rг) сферичної форми проводиться шляхом інтеґрування елементу опору по об’єму ґранулі. ТАБЛИЦЯ 4. Порівняння експериментальних () та розрахованих (розр) за співвідношеннями (4) і (5) величин ТКО при Т  300 К. Плівкова система (нм) 103, К 1 розр103, К 1 ðîçð     , % (4) (5) (4) (5) [Fe(3,7)/Cu(0,4)]15/П 2,35 1,93 2,22 42,0 5,5 [Fe(2)/Cu(0,6)]15/П 1,93 1,44 1,91 25,4 1,0 [Fe(2,73)/Cr(4,07)]15/П 1,35 1,18 1,31 12,6 2,9 [Fe(3)/Cr(2,2)]15/П 1,42 1,58 1,35 11,3 4,9 254 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО а б в г д е є ж Рис. 8. Температурні залежності питомого опору (а–в, д, є) і ТКО (а–ж) для плівок Ag(40)/П (а), Co(40)/П (б) та двокомпонентних плівкових систем Ag(100  x)/Co(x)/П (в–ж) з різною концентрацією атомів Со та загальною товщиною dзаг  20 нм (в), 40 нм (д), 60 нм (є): Ag(7)/Co(15)/П (в), Ag(23)/Co(19)/П (д), Ag(43)/Co(15)/П (є). СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 255 Співвідношення для розрахунку , одержане авторами [38, 39], має наступний вигляд: òð òð ã ã òð òðã ã òð ã òð ã òð ã òð 4 4 4                        , (7) а б в Рис. 9. Концентраційні залежності ТКО для двокомпонентних плівкових систем Ag(100  x)/Co(x)/П із загальною товщиною dзаг  20 нм (а), 40 нм (б), 60 нм (в) при різних температурах. а б Рис. 10. Схематичне зображення окремого шару (а), рурки струму (1), її поперечного перерізу (б) із чотирма боковими (2) та центральним (3) стри- жнями. І — сила струму. Т А Б Л И Ц Я 5 . Р е з у л ь т а т и р о з р а х у н к ів  н а о с н о в і с п ів в ід н о ш е н н я ( 1 0 ). П л ів к о в а с и с т е м а с С о , а т .%  С о 1 0 7 , О м м  т р 1 0 7 , О м м  С о 1 0 3 , К  1  т р 1 0 3 , К  1  р о з р 1 0 3 , К  1  ∙1 0 3 , К  1 ð î ç ð     , % A g (1 5 )/ C o (7 )/ П 0 ,4 1 7 ,0 6 ,4 1 0 ,9 1 ,1 3 1 ,2 0 1 ,1 5 4 ,3 1 A g (3 2 )+ C o (8 )/ П 0 ,2 8 6 ,9 5 ,8 9 0 ,9 1 ,2 3 1 ,3 2 1 ,5 1 1 ,8 0 A g (1 2 )+ C o (2 9 )/ П 0 ,7 8 5 ,2 5 ,5 3 1 ,2 8 1 ,2 9 1 ,2 9 1 ,2 1 6 ,6 5 A g (2 6 )+ C o (3 0 )/ П 0 ,6 0 5 ,4 3 ,4 8 1 ,2 8 1 ,2 9 1 ,2 9 1 ,2 5 3 ,0 2 256 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО де   lтр/r0 — ступінь ґранулярности зразка (lтр — середня вели- чина фраґменту т.р. в рурці струму); г і тр — питомий опір ґрануль і фраґментів т.р.; г і тр — ТКО ґрануль Со і фраґментів т.р. відпо- відно. Співвідношення (7) можна спростити у трьох граничних випадках:        г г тр тр 4 ,   1; (8)        тр тр тр г 4 ,   1; (9)                      г г тр тр г г тр тр тр г тр г тр 4 4 ,   1. (10) Апробацію даного моделю було проведено для двошарових сис- тем Ag/Co/П, в яких після термовідпалювання до 700 К стабілізу- ється ґранульований стан Со. Результати розрахунків  для двоко- мпонентних плівкових систем (Ag  Co)/П і Ag/Co/П та порівняння їх з експериментальними даними наведено в табл. 5. Ці результати із точністю до 12% узгоджуються із експериментальними. 3.3. Магнеторезистивні властивості Магнеторезистивні властивості плівкових систем на основі Fe і Cr або Cu вивчались для випадку мультишарів [Fe/Cr]n та [Fe/Cu]n, де n  15 — кількість фраґментів (бішарів), яка за даними [2] є опти- мальною. На прикладі плівкової системи NiFe/Cu показано, що при n  15–30 та загальній товщині системи 70–100 нм спостерігається насичення розмірних залежностей R/R і Bs. Дані магнеторезистивних мірянь в мультишарах [Fe/Сr]n пред- ставлено на рис. 11 і в табл. 6. Як видно, для двох плівкових систем з атомовою концентрацією 45 і 50 ат.% Fe характерна ізотропність польових залежностей R(B), тобто, незалежно від геометрії мірян- ня, спостерігається зменшення величини електроопору в магнет- ному полі, що є характерною ознакою ГМО [40]. Для інших систем з тонкими ( 2 нм) або відносно товстими (4 нм) шарами Cr характер- на анізотропія залежностей R(B), подібно до феромагнетних плівок, і переважання величини магнетоопору (МО) в повздовжній геомет- рії у порівнянні з двома іншими геометріями. Термообробка зразків в широкому інтервалі температур (300–900 К) в більшості випадків призвела до незначного зростання величини МО у всіх трьох геоме- тріях при Тв  500 К і спадання — при подальшому відпалюванні до 900 К, а також зникнення ознак ГМО в двох зразках при Тв  900 К. СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 257 258 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО В таблиці 6 також наведено дані для поля наситу в досліджува- них зразках. Необхідно відзначити великі значення Bs в системах з ознаками ГМС ( 200 мТл), що характерно для мультишарів із спін-залежним розсіянням електронів. Особливості гістерези в цих плівках вира- жаються в наявности подвійних піків на магнеторезистивних пет- лях (рис. 11, а) і великим значенням коерцитивности Bс (3,3–18,0 мТл), що може пояснюватися перемагнетуванням шарів Fe. а б в г д е Рис. 11. Залежність МО від індукції магнетного поля для плівкової систе- ми [Fe(2,3)/Cr(2,8)]15/П: невідпаленої (а, б) і відпаленої до Тв  500 К (в, г) і 900 К (д, є) в двох геометріях — повздовжній (а, в, д) і поперечній (б, г, е). Т А Б Л И Ц Я 6 . З н а ч е н н я М О , п о л я н а с и ч е н н я т а ч у т л и в о с т и д о м а г н е т н о г о п о л я д л я м у л ь т и ш а р ів [ F e / C r ] n в т р ь о х г е о м е т р ія х в и м ір ю в а н н я : п о в з д о в ж н ій ( ||) , п о п е р е ч н ій ( ┼ ) т а п е р п е н д и к у л я р н ій (  ). c F e , а т .% С и с т е м а T  3 0 0 К T в  5 0 0 К T в  3 9 0 0 К г е о м е т р ія в и м ір ю в а н н я г е о м е т р ія в и м ір ю в а н н я г е о м е т р ія в и м ір ю в а н н я || ┼  || ┼  || ┼  4 1 [F e (2 ,7 )/ C r (4 ,1 )] 1 5 / П М О , %  0 ,0 1 6 0 ,0 8 0 0 ,0 7 5 – – –  0 ,0 3 7 0 ,0 8 5 0 ,0 3 3 B s , м Т л 4 1 1 6 7 – – – – 6 2 1 6 7 – S B , % / Т л 0 ,3 9 0 0 ,4 7 9 – – – – 0 ,5 9 7 0 ,5 0 9 – 4 5 [F e (2 ,3 )/ C r (2 ,8 )] 1 5 / П М О , % 0 ,2 1 9 0 ,3 5 9 0 ,2 0 7 0 ,2 2 0 0 ,3 5 4 0 ,1 5 4  0 ,1 1 1 0 ,0 3 5 0 ,0 5 4 B s , м Т л 2 0 9 2 0 9 – 1 6 7 1 6 7 – 1 2 5 1 2 5 – S B , % / Т л 1 ,0 4 8 1 ,7 1 8 – 1 ,3 1 7 2 ,1 2 0 – 0 ,8 8 8 0 ,2 8 0 – 5 0 [F e (2 ,7 )/ C r (2 ,7 )] 1 5 / П М О , % 0 ,3 7 5 0 ,4 1 3 0 ,1 3 4 0 ,4 0 9 0 ,4 5 9 0 ,1 0 3  0 ,1 2 7 0 ,0 6 1 0 ,0 8 1 B s , м Т л 2 0 9 2 0 9 – 1 6 7 1 6 7 – 1 6 7 1 2 5 – S в , % / Т л 1 ,7 9 4 1 ,9 7 6 – 2 ,4 4 9 2 ,7 4 9 – 0 ,7 6 0 0 ,4 8 8 – 6 2 [F e (3 ,2 )/ C r (2 )] 1 5 / П М О , %  0 ,0 2 6 0 ,1 4 2 0 ,0 7 9 – – –  0 ,0 4 2 0 ,0 9 6 0 ,0 5 6 B s , м Т л 4 1 8 3 – – – – 1 2 5 1 4 6 – S B , % / Т л 0 ,6 3 4 1 ,7 1 0 – – – – 0 ,3 3 6 0 ,6 5 7 – 8 0 [F e (2 ,4 )/ C r (0 ,6 )] 1 5 / П М О , %  0 ,1 1 8 0 ,0 2 0 0 ,0 2 1  0 ,0 9 5 0 ,0 0 9 0 – – – B s , м Т л 4 1 8 3 – 4 1 1 2 – – – – S B , % / Т л 2 ,8 7 8 0 ,2 4 1 – 2 ,3 1 7 0 ,7 5 0 – – – – СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 259 У анізотропних зразках на основі Fe/Сr спостерігається значне зменшення величини Bs (до 30–40 мТл), що істотно впливає на чут- ливість МО до магнетного поля. Зазвичай величина чутливости SB для невідпалених зразків становить 0,4–3%/Тл, а для відпалених до 900 К не перевищує 0,9%/Тл. У мультишарах на основі Fe і Cu (рис. 12, табл. 7) у більшості ви- падків спостерігається анізотропія польових залежностей R(B), а, як наслідок, і R/Rs(В), що може бути пояснено різним характером повороту векторів намагнетованости в сторону вісі легкого чи важ- кого намагнетування. Вказана закономірність характерна для зра- зків з атомовою концентрацією cFe  50 ат.%. Необхідно відзначити, що для вказаних зразків величина МО в більшості випадків не пе- ревищує 0,05%. При менших значеннях cFe анізотропія зникає, а величина МО значно збільшується (для [Fe(1,6)/Cu(1,7)]15/П (cFe   48%) R/Rs  0,1–0,2%), що може свідчити про наявність ГМО в мультишарах на основі Fe/Cu. Як видно, при товщині прошарку Cu 0,5–1 нм, що відповідає мінімуму на осциляційній залежності для МО [17], спостерігається значний спад його величини. Термооброб- ка зразків до 850 К приводить до незначного зменшення магнеторе- зистивного ефекту в трьох геометріях, а за рахунок переважного а б в г Рис. 12. Залежність МО від індукції магнетного поля для плівкової систе- ми [Fe(1,6)/Cu(1,7)]15/П: невідпаленої (а, в) та відпаленої до Тв  850 К (в, г) у повздовжній (а, б) і поперечній (в, г) геометріях. 260 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 261 росту поля насичення Bs — до зменшення чутливости SB. Також не- обхідно відзначити наявність на магнеторезистивних залежностях гістерези і магнетного наситу при малих полях, що спричиняє до- сить великі значення чутливости до магнетного поля (в зразках із dCu  1,7 нм величина SB сягає 0,6–14%/Тл). У випадку плівкової системи на основі Co і Cu магнеторезистивні властивості досліджувалися для тришарових структур Co/Cu/Co/П (рис. 13 і рис. 14, табл. 8) із різною концентрацією магнетного ком- понента. Характерним для них є відсутність анізотропії МО в зале- жності від геометрії вимірювання, що, як вже зазначалось, являєть- ся ознакою ГМО. Відмітимо, що анізотропний перехід МОГМО проходить у випадку, коли домінуючий внесок у величину МО вно- сить спін-залежне розсіяння електронів провідности на інтерфейсах магнетик/немагнетний метал або магнетних ґранулях у порівнянні із розсіянням на магнетних моментах домен та їх стінках [40]. Слід відмітити, що магнеторезистивні властивості розглянутих нами плівкових систем Co/Cu/Co/П термостабільні: після відпалю- вання до Тв  700 К спостерігається незначне зменшення величини МО, що також характерно і для величини поля насичення Bs. У той же час термообробка зразків Co(14)/Cu(9)/Co(14)/П (рис. 13) приз- ТАБЛИЦЯ 7. Значення МО, поля насичення та чутливости до магнетного поля для мультишарів [Fe/Cu]n в трьох геометріях вимірювання. cFe, ат.% Система T  300 К Tв  850 К геометрія вимірювання геометрія вимірювання || ┼  || ┼  48 [Fe(1,6)/Cu(1,7)]15/П МО, % 0,107 0,184 0,114 0,043 0,074 0,059 Bs, мТл 167 167 – 167 167 – SB, %/Тл 0,641 1,102 – 0,257 0,443 – 53 [Fe(1,9)/Cu(1,7)]15/П МО, % 0,116 0,020 0,012 0,103 0,022 0,017 Bs, мТл 8 167 – 8 83 – SB, %/Тл 14,5 0,120 – 12,9 0,265 – 62 [Fe(2,9)/Cu(1,7)]15/П МО, % 0,124 0,010 0,020 0,116 0,014 0,034 Bs, мТл 41 29 – 20 125 – Sв, %/Тл 3,024 0,345 – 5,8 0,112 – 77 [Fe(2)/Cu(0,6)]15/П МО, % 0,048 0,015 0,032 0,015 0,033 0,023 Bs, мТл 41 29 – 125 167 – SB, %/Тл 1,171 0,517 – 0,120 0,198 – 90 [Fe(3,7)/Cu(0,4)]15/П МО, % 0,023 0,043 0,045 0,010 0,023 0,026 Bs, мТл 83 83 – 83 167 – SB, %/Тл 0,277 0,518 – 0,120 0,138 – 262 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО водить до зменшення магнеторезистивного ефекту в перпендикуля- рній геометрії та його збільшення в інших геометріях, що також властиво і для індукції Bs магнетного поля (від 140 до 24 мТл — в перпендикулярній та від 35 до 39 мТл — в повздовжній геометрії). Для залежності МО від концентрації сСо при трьох геометріях ви- мірювання характерне збільшення значення МО з ростом концент- рації атомів Со в системі. Особливо це помітно при поперечній гео- а б в г д е Рис. 13. Залежність МО від індукції магнетного поля для плівкової систе- ми Co(14)/Cu(x)/Co(14)/П, невідпаленої (а, в, д) та відпаленої до Тв  700 К (б, г, е), у поздовжній (а, б), поперечній (в, г) та перпендикулярній (д, е) геометріях вимірювання; х  6 (крива 1), 7 (2) та 9 (3) нм. СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 263 метрії, в якій при концентрації сСо  60 ат.% МО становить 0,2% та при 87 ат.% — 0,4% відповідно (табл. 8). Якщо порівнювати значення індукції насичення при різних гео- метріях, то зазначимо, що для перпендикулярної воно є найбіль- шим, що пояснюється присутністю в цій геометрії вісі важкого на- магнетування. Досліджувані плівкові системи при значеннях МО   0,1–0,4% характеризуються досить великими значеннями вели- чини чутливости до магнетного поля. Найбільше значення SB зафі- а б в г д е Рис. 14. Залежність МО від індукції магнетного поля для плівкових систем Co(9)/Cu(3)/Co(9)/П, Co(10)/Cu(25)/Co(25)/П, Co(30)/Cu(30)/Co(15)/П, невідпалених (а, в, д) та відпалених до Тв  700 К (б, г, е), у повздовжній (а, б), поперечній (в, г) та перпендикулярній (д, е) геометріях вимірювання. 264 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО ксовано для системи Co(14)/Cu(9)/Co(14)/П і складає 22%/Тл в по- перечній геометрії. Значення МО, Bs та чутливости SB для плівко- вих систем Co/Сu/Co/П зведено до табл. 8. При зменшенні товщини проміжного немагнетного шару Cu від 9 до 6 нм поле коерцитивности зменшується від 200 до 100 мТл, відпо- відно значення чутливости магнетного поля при цьому збільшується від 1,2 до 2,8%/мТл. З даних результатів витікає, що нижній магне- тний шар дає більший внесок у величину магнетоопору і збільшення його товщини призводить до збільшення коерцитивности системи. 4. ВИСНОВКИ У результаті комплексного дослідження структурно-фазового ста- ну, електрофізичних та магнеторезистивних властивостей твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або ТАБЛИЦЯ 8. Значення МО, поля насичення та чутливости до магнетного поля для плівкової системи Co/Сu/Co/П при різних товщинах в трьох гео- метріях вимірювання. cCo, ат.% Плівкова система T  300 К Tв  850 К геометрія вимірювання геометрія вимірювання || ┼  || ┼  62 Co(30)/Cu(30)/Co(15)/П МО, % 0,192 0,230 0,157 – – – Bs, мТл 23 21 51 – – – SB, %/Тл 0,008 0,011 0,003 – – – 66 Co(20)/Cu(25)/Co(25)/П МО, % 0,259 0,262 0,337 0,252 0,256 0,250 Bs, мТл 37 35 100 39 22 100 SB, %/Тл 0,007 0,008 0,003 0,007 0,012 0,003 77 Co(14)/Cu(9)/Co(14)/П МО, % 0,208 0,295 0,238 0,268 0,371 0,200 Bs, мТл 30 14 200 44 37 134 Sв, %/Тл 0,007 0,022 0,001 0,006 0,010 0,002 81 Co(14)/Cu(7)/Co(14)/П МО, % 0,261 0,296 0,189 0,222 0,269 0,221 Bs, мТл 35 29 140 39 37 24 SB, %/Тл 0,007 0,010 0,001 0,006 0,007 0,009 83 Co(14)/Cu(6)/Co(14)/П МО, % 0,257 0,320 0,277 – – – Bs, мТл 32 25 100 – – – SB, %/Тл 0,008 0,013 0,003 – – – 87 Co(9)/Cu(3)/Co(9)/П МО, % 0,269 0,400 0,259 – – – Bs, мТл 28 23 99 – – – SB, %/Тл 0,010 0,017 0,003 – – – СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 265 Cu, одержаних при різних фізико-технологічних умовах конденса- ції, встановлено наступне. 1. У дво- та багатошарових плівкових системах на основі Co і Cu вже під час конденсації утворюється метастабільний т.р.(Cu, Co), який при Тв  850 К починає частково розпадатися із виділенням наночастинок Со. Аналогічне утворення т.р. в системах на основі Ag і Со починається при Тв  700 К, причому, поряд з утворенням т.р., спостерігається виділення наноґрануль Со, хоча після конден- сації в них зберігається індивідуальність шарів. 2. У мультишарах на основі Fe/Сr вже на стадії конденсації відбу- вається утворення т.р.(-Fe, Cr), який є термічно стабільним; в му- льтишарових плівкових системах на основі фраґментів Fe/Сu — т.р. (Cu, -Fe) на основі ГЦК-ґратниці (при товщинах шарів dFe  1,5 нм) або ОЦК-ґратниці -Fe (в інтервалі товщин 1,5  dFe  2 нм). 3. Побудовані концентраційні залежності ТКО для плівкових си- стем Fe/Сu, Fe/Сr і Co/Ag. Врахування впливу структурно- фазового стану плівок на величину термічного коефіцієнта опору здійснено при апробації феноменологічних моделів для ТКО. У ви- падку багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr та Cu екс- периментальні величини ТКО узгоджуються із теоретичним моде- лем плівкового стопу, в той час як у випадку систем на основі Co і Ag має місце добре узгодження із граничними випадками моделю ґранульованого стопу. 4. Одержані нові дані про концентраційні та температурні залеж- ності магнетоопору мультишарів [Fe/Cr]15/П і [Fe/Cu]15/П при трьох геометріях вимірювання, відповідно до яких установлено: — для системи Fe/Cr при cFe  45 ат.% характерна ізотропність польових залежностей R(B), що є ознакою ГМО, яка зникає при ві- дпалюванні до 700 К; — у системі Fe/Cu проявляється анізотропія залежностей R(B) при концентрації cFe  50 ат.%, яка зникає при зменшенні cFe; — для магнеторезистивного ефекту в плівковій системі Fe/Cu хара- ктерні мала величина (0,05%) для невідпалених зразків та її збіль- шення до 0,2% після термообробки; — термовідпалювання зразків, збільшення товщини немагнетного прошарку та зменшення товщини магнетного шару приводять до загального зменшення значення МО в плівковій системі Fe/Cr; — термовідпалювання зразків спричиняє значне зменшення індук- ції насичення Вs, що пояснюється рекристалізаційними процесами, а відповідно і збільшенням розміру домен. 5. Здійснено розрахунок чутливости опору до магнетного поля плівок Fe та мультишарів [Fe/Cr]n/П і [Fe/Cu]n/П; у невідпалених зразках величина SB  1–3%/Тл і після відпалу до 900 К зменшу- ється до 0,1–1%/Тл. 6. Величина магнетоопору в тришарових плівкових системах 266 Д. М. КОНДРАХОВА, Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, О. В. СИНАШЕНКО, І. Ю. ПРОЦЕНКО Co/Cu/Co/П характеризується відсутністю анізотропії в трьох гео- метріях вимірювання та досить великими значеннями величини чутливости магнетного поля; такі результати можуть свідчити про наявність ефекту ГМО в цих структурах. Роботу виконано в рамках держбюджетної теми № 0112U001381 (2012–2014 рр.). ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. G.-S. Chung, Sens. Actuators A, 135: 355 (2007). 2. S. Tumanski, Thin Film Magnetoresistive Sensors (London: Institute of Physics Publishing: 2001). 3. R. Trivedi, G. Mathur, and A. Mathur, Int. J. Soft Comp. Eng., 1: 23 (2011). 4. Ш. Ковач, Б. Дани, С. Р. Тейгзейра, О. Редон, Физ. мет. металловед., 79, № 1: 98 (1995). 5. І. Ю. Проценко, І. В.Чешко, Я. Яворський, Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка, 10 (69): 65 (2004). 6. С. І. Проценко, І. В. Чешко, Л. В. Однодворець, І. М. Пазуха, Структура, дифузійні процеси і магніторезистивні та електрофізичні властивості плівкових матеріалів (Суми: Вид-во СумДУ: 2008). 7. H. Nabika, K. Akamatsu, M. Mizuhata, А. Kajinami, and S. Deki, J. Mater. Chem., 208: 244 (2000). 8. M. Kitada, J. Magn. Magn. Mater., 208: 244 (2000). 9. H. F. Yan, Y. X. Shen, H. B. Guo, and B. X. Liu, J. Phys. Condens. Matter, 19: 026219 (2007). 10. І. В. Чешко, І. Ю. Проценко, Металлофиз. новейшие технол., 31, № 7: 963 (2009). 11. K. Yamamoto and M. Kitada, Thin Solid Films, 263: 111 (1995). 12. G. H.Yang, K. W.Geng, F. Zeng, and F. Pan, Thin Solid Films, 484: 283 (2005). 13. O. F. Bakkaloglu and I. H. Karahan, Turk. J. Phys., 25: 27 (2001). 14. K. Wakoh, T. Hihara, T. J. Konno, K. Sumiyama, and K. Suzuki, Mater. Sci. Eng. A, 217–218: 326 (1996). 15. P. Gorria, D. Martinez-Blanco, J. A. Blanco, M. J. Perez, M. A. Gonzalez, and J. Campo, Physica B, 384: 336 (2006). 16. M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys. Rev. Lett., 61: 2472 (1988). 17. F. Petroff, A. Barthelemy, D. H. Mosca, D. K. Lottis, A. Fert , P. A. Schroeder, W. P. Pratt, R. Loloee, and S. Lequien, Phys. Rev. B, 44: 5355 (1991). 18. D. H. Mosca, F. Petroff, A. Fert, P. A. Schroeder, W. P. Pratt, Jr., and R. Laloee, J. Magn. Magn. Mater., 94: L1 (1991). 19. S. S. P. Parkin, N. More, and K. P. Roche, Phys. Rev. Lett., 64: 2304 (1990). 20. D. H. Mosca, A. Barthelemy, F. Petroff, A. Fert, P. A. Schroeder, W. P. Pratt, Jr., R. Laloee, and R. Cabanel, J. Magn. Magn. Mater., 93: 480 (1991). 21. A. Fert, A. Barthelemy, P. Etienne et al., J. Magn. Magn. Mater., 104–107: 1712 (1992). 22. C. P. O. Treutler, Sens. Actuators A, 91: 2 (2001). 23. T. Duenas, A. Sehrbrock, M. Lohndorf, A. Ludwig, J. Wecker, P. Grunberg, СТРУКТУРНО-ФАЗОВИЙ СТАН, ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 267 and E. Quandt, J. Magn. Magn. Mater., 242–245: 1132 (2002). 24. L. Romashev, A. Rinkevich, A. Yuvchenko, and A. Burkhanov, Sens. Actuators A, 91: 30 (2001). 25. H. Zhang and W. Wang, Microsystem Technol., 9: 436 (2003). 26. С. І. Воробйов, А. О. Степаненко, А. М. Чорноус, Ю. М. Шабельник, Ме- таллофиз. новейшие технол., 31, № 6: 837 (2009). 27. І. Ю. Проценко, А. М. Чорноус, С. І. Проценко, Прилади та методи дослі- дження плівкових матеріалів (Суми: Вид-во СумДУ: 2007). 28. М. Г. Демиденко, С. И. Проценко, Образовательные, научные и инженер- ные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сб. трудов ІХ Международной научно-практической конференции (Москва: РУДН: 2010), с. 379. 29. Л. А. Чеботкевич, Ю. Д. Воробьев, И. Н. Буркова, А. В. Корнилов, Физ. мет. металловед., 89, № 3: 56 (2000). 30. В. Б. Лобода, В. О. Кравченко, Ю. О. Шкурдода, Ж. нано- та електрон. фіз., 1, № 2: 21 (2009). 31. K.-M. H. Lenssen, H. W. van Kesteren, Th. G. S. M. Rijks, J. C. S. Kools, M. C. de Nooijer, R. Coehoorn, and W. Folkerts, Sens. Actuators A, 60: 90 (1997). 32. Н. П. Лякишев, Диаграммы состояния двойных металлических систем (Москва: Машиностроение: 1996). 33. С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и электронографический анализ металлов (Москва: ГНТИ: 1963). 34. А. И. Кузьменко, Т. А. Прокофьева, И. Е. Проценко, А. В. Яременко, Изве- стия Акад. наук. Серия: Физическая, 50, № 8: 1590 (1986). 35. Г. И. Фролов, В. С. Жигалов, В. К. Мальцев, Физ. твердого тела, 42, № 2: 326 (2000). 36. С. І. Проценко, І. В. Чешко, Д. В. Великодний, І. М. Пазуха, Л. В. Однодво- рець, І. Ю. Проценко, О. В. Синашенко, Успехи физ. мет., 8, № 4: 247 (2007). 37. О. В. Сынашенко, Д. Н. Кондрахова, И. Е. Проценко, Ж. нано- та електрон. фіз., 2, № 4: 96 (2010). 38. С. І. Проценко, Л. В. Однодворець, І. В. Чешко, Вісник СумДУ. Серія: Фізи- ка, математика, механіка, 1: 22 (2008). 39. С. И. Проценко, И. В. Чешко, А. Н. Чорноус, Ю. М. Шабельник, ‘HighMat- Tech–2011’: Материалы 3-й Международной конференции (Киев: 2011), с. 257. 40. I. Bakonyi and L. Peter, Prog. Mater. Sci., 55: 107 (2010).
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98335
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1608-1021
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-01T15:18:33Z
publishDate 2012
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format dspace
spelling Кондрахова, Д.М.
Шабельник, Ю.М.
Синашенко, О.В.
Проценко, І.Ю.
2016-04-11T18:57:28Z
2016-04-11T18:57:28Z
2012
Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu / Д.М. Кондрахова, Ю.М. Шабельник, О.В. Синашенко, І.Ю. Проценко // Успехи физики металлов. — 2012. — Т. 13, № 3. — С. 241-267. — Бібліогр.: 40 назв. — укр.
1608-1021
PACS numbers: 68.37.Lp, 68.55.Nq, 68.65.-k, 73.50.Jt, 73.61.At, 75.47.Np, 81.05.Rm
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98335
Наведено результати експериментальних досліджень структурно-фазового стану, електрофізичних і магнеторезистивних властивостей двокомпонентних плівкових систем на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu. Вибір цих систем пов’язаний із стабілізацією в них різних структурно-фазових станів: твердий розчин (системи на основі Fe і Cu або Cr) і ґранульований твердий розчин (системи на основі Co і Cu або Ag). Експериментальні результати стосовно температурного коефіцієнта опору (ТКО) задовільно або добре узгоджуються зі співвідношеннями для ТКО плівкового стопу або ґранульованого стопу. Це є додатковим арґументом на користь висновків про структурно-фазовий стан двокомпонентних систем. Магнетоопір (МО) досліджено у трьох геометріях міряння. Проаналізовано вплив термовідпалу зразків на величину МО, поля наситу, чутливости до магнетного поля.
The results of experimental investigations of the structure and phase states, electrophysical and magnetoresistance properties of the two-component film systems based on Co and Cu or Ag, Fe and Cr or Cu are presented. The choice of the mentioned systems is due to different structure and phase states stabilized within them: solid solution (Fe- and Cu- or Cr-based systems) and granular solid solution (Co- and Cu- or Ag-based systems). Experimental results for thermal resistance coefficient (TRC) agree satisfactory or well with relations for TRC of film alloy or granular alloy. It serves as an additional argument contributing to the conclusions about the structure and phase state of twocomponent systems. Magnetoresistance (MR) study is performed in three measuring geometries. The analysis of influence of the thermal annealing on MR, saturation field, sensitivity to the magnetic field is carried out.
Представлены результаты экспериментальных исследований структурно-фазового состояния, электрофизических и магниторезистивных свойств двухкомпонентных плёночных систем на основе Co и Cu или Ag, Fe и Cr или Cu. Выбор этих систем связан со стабилизацией в них различных структурно-фазовых состояний: твёрдый раствор (системы на основе Fe и Cu или Cr) и гранулированный твёрдый раствор (системы на основе Co и Cu или Ag). Экспериментальные результаты для температурного коэффициента сопротивления (ТКС) удовлетворительно или хорошо согласуются с соотношениями для ТКС плёночного сплава или гранулированного сплава. Это служит дополнительным аргументом в пользу выводов о структурно-фазовом состоянии двухкомпонентных систем. Магнитосопротивление (МС) исследовано в трёх геометриях измерения. Проанализировано влияние термоотжига образцов на величину МС, поля насыщения, чувствительности к магнитному полю.
Роботу виконано в рамках держбюджетної теми № 0112U001381 (2012–2014 рр.).
uk
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Успехи физики металлов
Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
Structure–Phase State, Electrophysical and Magneto-resistance Properties of Solid Solutions in Film Sys-tems Based on Co and Cu or Ag, and Fe and Cr or Cu
Article
published earlier
spellingShingle Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
Кондрахова, Д.М.
Шабельник, Ю.М.
Синашенко, О.В.
Проценко, І.Ю.
title Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
title_alt Structure–Phase State, Electrophysical and Magneto-resistance Properties of Solid Solutions in Film Sys-tems Based on Co and Cu or Ag, and Fe and Cr or Cu
title_full Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
title_fullStr Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
title_full_unstemmed Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
title_short Структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Cu або Ag та Fe і Cr або Cu
title_sort структурно-фазовий стан, електрофізичні та магнеторезистивні властивості твердих розчинів у плівкових системах на основі co і cu або ag та fe і cr або cu
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98335
work_keys_str_mv AT kondrahovadm strukturnofazoviistanelektrofízičnítamagnetorezistivnívlastivostítverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoícuaboagtafeícrabocu
AT šabelʹnikûm strukturnofazoviistanelektrofízičnítamagnetorezistivnívlastivostítverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoícuaboagtafeícrabocu
AT sinašenkoov strukturnofazoviistanelektrofízičnítamagnetorezistivnívlastivostítverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoícuaboagtafeícrabocu
AT procenkoíû strukturnofazoviistanelektrofízičnítamagnetorezistivnívlastivostítverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoícuaboagtafeícrabocu
AT kondrahovadm structurephasestateelectrophysicalandmagnetoresistancepropertiesofsolidsolutionsinfilmsystemsbasedoncoandcuoragandfeandcrorcu
AT šabelʹnikûm structurephasestateelectrophysicalandmagnetoresistancepropertiesofsolidsolutionsinfilmsystemsbasedoncoandcuoragandfeandcrorcu
AT sinašenkoov structurephasestateelectrophysicalandmagnetoresistancepropertiesofsolidsolutionsinfilmsystemsbasedoncoandcuoragandfeandcrorcu
AT procenkoíû structurephasestateelectrophysicalandmagnetoresistancepropertiesofsolidsolutionsinfilmsystemsbasedoncoandcuoragandfeandcrorcu