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基板加熱成膜によるc面配向Coスパッタ薄膜の完全六方晶化

机译:通过基板加热沉积将c面取向的Co溅射薄膜完全六角化

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摘要

Effects of substrate heating of Co sputtered film with c-plane sheet texture on atomic-layer stacking were investigated and correlation between the atomic-layer stacking and uniaxial magnetocrystailine anisotropy constant (K_u) were analyzed. Through the quantitative evaluation of degree of stacking faults using laboratory-scale in-plane XRD, it was found that;①c-plane-oriented pseudo-hcp structure with around 10% fcc stacking (P_(fcc)) as stacking faults was formed in Co films sputtered at room temperature (R.T.). By sputtering with 400 ℃ substrate heating, nearly complete hcp structure with less than 0.1% fcc stacking was successfully made.②The value of saturation magnetization (M_s) was constant and the same as the value or hep Co bulk with increasing substrate temperature (T_(sub)), while the value of K_u changed drastically against T_(sub) and took the maximum value of 6.1×10~6 erg/cm~3.③In the analysis of perpendicular magnetic torque with twofold and fourfold components, contributes dominantly to K_u (= K_(u1)十K_(u2)) at P_(fcc) = 7 -10 %. Moreover, K_(u1) and K_(u2) has the same contribution to K_u at P_(fcc) = 2.5 % and K_(u1) contributes to K_u more than K_(u2) at P_(fcc) = 0 %.④Therefore, it was revealed that substrate heating was effective method to eliminate stacking faults in c-plane-oriented Co magnetic grains, which accordingly enhances the uniaxial magnetocrystailine anisotropy energy of Co sputtered film to the same value of hcp Co bulk (K_u = 5.97×10~6 erg/cm~3).%基板加熱がc面配向Coスパッタ薄膜の原子積層構造に及ぼす効果について評価し,原子積層構造と一軸結晶磁気異方性定数(K_u)との相関について解析した.具体的には,In-plane X線回折法を用いて薄膜中に形成される積層欠陥の導入度合いを定量評価し,磁気特性と積層構造との相関を詳細に検討したところ,以下のことが明らかとなった.①c面配向Coスパッタ薄膜においては,室温成膜では積層欠陥として局所的なfcc積層を10%程度含んだ六方晶原子積層構造が形成される.400℃の基板加熱成膜では積層欠陥の導入度合い(P_(fcc))が0.1%以下となり,ほぼ完全にhcp積層した薄膜が形成される.②基板温度を変化させても飽和磁化(M_s)は変化しない一方で,K_uは大きく変化し400℃において6.1×10~6 erg/cm~3の極大を示す.③垂直磁気トルク曲線を2回および4回対称成分に分離してK_(u1), K_(u2)を解析したところ(K_u=K_(u1)+K_(u2)),P_(fcc)=7-10%ではK_(u2)が支配的だがP_(fcc)=2.5%付近でK_(u1)とK_(u2)の値がほぼ等しくなり,なP_(fcc)=0%近傍ではK_(u1)の方がK_(u2)よりも増大した.④したがってc面配向Coスパッタ薄膜の基板加熱成膜は,磁性結晶粒中の積層欠陥を排除し完全六方晶原子積層構造を形成させるための有効な手法であり,これによりCoスパッタ薄膜にもバルクの文献値(K_u=5.97×10~6erg/cm~3)に匹敵する一軸結晶磁気異方性エネルギーを発現させ得ることを見出した.
机译:研究了具有c面片状结构的Co溅射膜的衬底加热对原子层堆积的影响,并分析了原子层堆积与单轴磁八面异方差各向异性常数(K_u)的相关性。通过使用实验室规模的平面XRD定量评估堆垛层错程度,发现:①以c面取向的伪hcp结构形成了10%fcc堆垛(P_(fcc))作为堆垛层错。 Co膜在室温(RT)时溅射。通过400℃的衬底加热溅射,成功地制得了几乎完整的hcp结构,其fcc堆积率小于0.1%。②饱和磁化强度值(M_s)是恒定的,并且与衬底温度升高时的Hep Co体积值(T_( sub)),而K_u的值相对于T_(sub)急剧变化,最大值为6.1×10〜6 erg / cm〜3。③在具有两倍和四倍分量的垂直磁矩分析中,K_u占主导地位(= K_(u1)十K_(u2))at P_(fcc)= 7 -10%。此外,在P_(fcc)= 2.5%时,K_(u1)和K_(u2)对K_u的贡献相同,而在P_(fcc)= 0%时,K_(u1)对K_u的贡献大于K_(u2)。④揭示了基板加热是消除c面取向Co磁晶粒中堆垛层错的有效方法,从而将Co溅射膜的单轴磁八角tail各向异性能量提高到与hcp Co体积相同的值(K_u = 5.97×10〜 6 erg / cm〜3)。%基板加热がc面配向向向スタッタ薄膜の原子积层构造と一轴结晶磁につ异方性定数(K_u)との相关について解析した。具体的には,平面X线回折法を用いて薄膜中に形成される积层欠陥の导入度合いを定量评価し,磁気特性と积层构造との相关を详细に検探したところ,以下のことが明らかとなった.①c面配向向スタッタ薄膜タいては,室温成膜では积层欠陥として局所的なfcc积层を10%程度含んだ六方晶原子积层构造が形成される.400℃の基板加热成膜では(P_(fcc))が0.1%以下となり,ほぼ完全にhcp积层した薄膜が形成される。②基板温度を変化させても饱和磁化(M_s)は変化しない一方で,K_uは大きく変化し400℃において6.1×10〜6 erg / cm〜3の极大を示す。③垂直磁気トルク曲线を2回および4回対称重分离してK_(u1),K_(u2)を解析したところ(K_u = K_(u1)+ K_(u2)),P_(fcc)= 7-10%ではK_(u2)が支配的だがP_(fcc)= 2.5%付近でK_(u1)とK_(u2 )の値がほぼ等しくなり,なP_(fcc)= 0%近傍ではK_(u1)の方がK_(u2)よりも増大した。④したがってc面配向Coスパッタ薄膜の基板加热成膜は,磁性结晶粒中の积层欠陥を排除し完全し六方晶原子积层构造を形成させるための有效な手法であり,これによりCoスパッタ薄膜タルクの文献値(K_u = 5.97 ×10〜6erg / cm〜3)に匹敌する一轴结晶磁気异方性エネルギーを発现させ得ることを见出した。

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