Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Хурсенко С.Н., Кравченко В.А.

Сумский государственный педагогический университет им. А.С. Макаренко

Температурная зависимость удельного сопротивление и ТКС трехслойных пленок NiFe/Cu/NiFe

Трехслойные пленки NiFe/Cu/NiFe с толщинами слоев d_NiFe = 10-50 нм и d_Cu = 1-100 нм были получены в вакуумной установке ВУП-5М (вакуум 10^-4 Па) методом электронно-лучевого (сплав NiFe) и резистивного (Cu) испарения. Исходным материалом для напыления магнитных слоев был сплав пермаллой 50Н. Для измерения электросопротивления пленки осаждались на стеклянные подложки. Толщина слоев контролировалась по времени напыления при известной скорости конденсации. Для параллельной ориентации осей легкого намагничивания в слоях пермаллоя пленки осаждались во внешнем магнитном поле с напряженностью Н = 8 кА/м (100 Ое).

Отжиговые эксперименты для стабилизации структурного состояния пленок производились в специально изготовленной установке [1] в условиях сверхвысокого безмасляного вакуума (10^-7 Па) в постоянном магнитном поле напряженностью Н = 8 кА/м, приложенном в плоскости пленки. Время отжига при температурах 400 К, 550 К и 700 К составляло 30 мин.

Согласно литературным данным, удельное электрическое сопротивление массивных образцов пермаллоя 50Н составляет ρ₀ = 3,5×10^-7 Ом×м, меди ρ₀ = 1,7×10^-8 Ом×м [2]. Для исследованных свежесконденсированных пленок удельное сопротивление составляет (5¸25)·10^-7 Ом×м в зависимости от толщины прослойки. Эти значения почти в 10 раз превышают значение для массивного пермаллоя данного состава. Большое удельное сопротивление неотожженных пленок по сравнению с массивными образцами объясняется как проявлением внешнего размерного эффекта, так и значительной дефектностью пленок и очень малыми размерами кристаллитов (внутренний размерный эффект).

Для образцов с толщиной немагнитной прослойки d_Cu < 10 нм вследствие залечивания дефектов кристаллической структуры и увеличения размеров кристаллитов наблюдается необратимое уменьшение удельного сопротивления в процессе первого цикла отжига (рис.1). После отжига при 700 К удельное сопротивление для этих пленок составляет значение ρ = (5-10)×10^-7 Ом×м.

Рис. 1 Зависимость удельного электросопротивления от температуры отжига для трехслойных пленок NiFe/Cu/NiFe с разной толщиной медной прослойки.

Для образцов с более толстыми немагнитными слоями (d_Cu = 10-30 нм) падения сопротивления практически не наблюдается. Возможно, в данном случае падение сопротивления при отжиге компенсируется его ростом вследствие образования высокоомных твердых растворов. Хотя, электронографически их образование в системе FeNi/Cu/FeNi нами не фиксируется.

При дальнейшем увеличении толщины прослоеки (d_Cu > 30 нм) наблюдается незначительный рост сопротивления при отжиге.

Следует отметить, что и для пленок меди, и для пленок пермаллоя данного состава в интервале толщин 10-100 нм всегда наблюдается только необратимое уменьшение в 2-5 раза удельного сопротивления после отжига при температуре 700 К [3].

На рис. 2 в качестве иллюстрации представлены типичные температурные зависимости удельного электросопротивления и ТКС для пленок NiFe/Cu/NiFe. На приведенных зависимостях β(Т) для пленок с тонкими прослойками никаких особенностей не наблюдается. Для пленок с d_Cu > 10 нм имеется излом на зависимости, который можно связать с температурой Кюри (Т_С).

Рис. 2 Температурная зависимость удельного сопротивления (а) и ТКС (б) для пленок NiFe/Сu/NiFe (1: 2d_NiFe = 65 нм, d_Cu = 2 нм; 2: 2d_NiFe = 50 нм, d_Cu = 10 нм; 3: 2d_NiFe = 60 нм, d_Cu = 50 нм)

Можно предположить, что в данных системах в процессе отжига (взаимной диффузии атомов) образуется сплав. Это приводит к уменьшению Т_С, обусловленному концентрационным (присутствие Cu) и размерным эффектами. Следует отметить, что данный излом при увеличении толщины немагнитных прослоек (увеличение концентрации Cu) смещается в область более низких температур. Подобные смещения температуры Кюри при увеличении концентрации Cu наблюдали авторы [1] для пленок сплава Ni-Cu.

Литература:

1 Лобода В.Б., Пирогова С.Н., Шкурдода Ю.А. Электропроводность тонких пленок Ni и сплавов Ni-Cu в в слабых магнитных полях в интервале температур 100-700 К // Вісник СумДУ. 2003. № 10(56). С. 89-100.

2 Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Машгиз, 1959. 368 с.

3 Лобода В.Б., Кравченко В.О., Шкурдода Ю.О., Пирогова С.М. Структура, електропровідність та гальваномагнітні властивості тонких плівок сплаву
Fe_0,5-Ni_0,5 // Вісник СумДУ. 2004. № 8(67). С. 115-123.