Влияние толщин отдельных слоёв и границ раздела на фазовый состав и магнитные свойства многослойных плёночных композиций Pt/Fe

Abstract

В работе исследовано влияние толщин отдельных слоёв и границ раздела в слоистых плёночных композициях [Pt/Fe]n (n = 1, 2, 4, 8) толщиной 30 нм, осаждённых на подложки SiO₂(100 нм)/Si(001) магнетронным методом, на формирование их структуры и фазового состава при отжигах в вакууме в интервале температур 400—900°C. Показано, что увеличение количества границ при уменьшении толщины слоя способствует активации диффузионных процессов на границах раздела и формированию неупорядоченной фазы A1-FePt в композиции [Pt(4,2 нм)/Fe(3,2 нм)]₄ и частично упорядоченных областей с тетрагональными искажениями в композиции [Pt(2,1 нм)/Fe(1,6 нм)]₈ уже при осаждении. Фазовое превращение A1-FePt → L1₀-FePt в плёночных композициях проходит во время отжига при температуре 700°C. В плёночной композиции [Pt(4,2 нм)/Fe(3,2 нм)]₄ образуется большее количество зёрен, ориентированных в направлении [001], перпендикулярном к подложке. Для плёночной композиции [Pt(2,1 нм)/Fe(1,6 нм)]₈ характерна меньшая степень упорядочения. Дополнительное количество границ раздела сдерживает рост зёрен упорядоченной фазы L1₀-FePt при термической обработке в температурном интервале 700—800°C.

В роботі досліджено вплив товщин окремих шарів і роздільчих меж у шаруватих плівкових композиціях [Pt/Fe]n (n = 1, 2, 4, 8) товщиною у 30 нм, осаджених на підложжя SiO₂(100 нм)/Si(001) магнетронною методою, на формування їхніх структури та фазового складу при відпалах у вакуумі в інтервалі температур 400—900°C. Показано що, збільшення кількости меж при зменшенні товщини шару сприяє активації дифузійних процесів на роздільчих межах і формуванню невпорядкованої фази A1-FePt у композиції [Pt(4,2 нм)/Fe(3,2 нм)]₄ та початку формування частково упорядкованих областей із тетрагональними спотвореннями у композиції [Pt(2,1 нм)/Fe(1,6 нм)]₈ вже при осадженні. Фазове перетворення A1-FePt → L1₀-FePt у плівкових композиціях починається під час відпалення за температури у 700°C. У плівковій композиції [Pt(4,2 нм)/Fe(3,2 нм)]₄ утворюється більша кількість зерен, орієнтованих у напрямку [001], перпендикулярному до підложжя. Менший ступінь впорядкування є характерним для плівкової композиції [Pt(2,1 нм)/Fe(1,6 нм)]₈. Додаткова кількість роздільчих меж стримує ріст зерен впорядкованої фази L1₀-FePt при термічному обробленні в температурному інтервалі 700—800°C.

Influence of separate-layers’ thicknesses and interfaces in layer [Pt/Fe]n film compositions with thickness of 30 nm (n = 1, 2, 4, 8) deposited by magnetron sputtering on SiO₂(100nm)/Si(001) substrate on the formation of their structure and phase composition at annealing in a vacuum in the temperature range of 400—900°C is investigated. As shown, the increase in amount of interfaces at reducing layer thickness promotes in activation of diffusion processes on the interfaces and the formation of disordered A1-FePt phase in [Pt(4.2 nm)/Fe(3.2 nm)]₄ composition and partly ordered regions with tetragonal distortions in [Pt(2.1 nm)/Fe(1.6 nm)]₈ composition already at deposition. The A1-FePt → L1₀-FePt phase transformation in film compositions take place during annealing at 700°C. The greater amount of grains oriented in [001] direction perpendicular to substrate is formed in [Pt(4.2 nm)/Fe(3.2 nm)]₄ film compositions. The less degree of ordering is typical for [Pt(2.1 nm)/Fe(1.6nm)]₈ film composition. Additional amount of interfaces restrains grain growth of ordered L1₀-FePt phase at heat treatment in temperature range of 700—800°C.