Електрофізичні та магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Fe, Ni та Ag або Au

Abstract

Дисертаційна робота присвячена встановленню загальних закономірностей у електрофізичних, магніторезистивних та магнітооптичних властивостях плівкових систем на основі Fe, Ni та Ag або Au, одержаних методами одночасної та пошарової конденсації металів, в умовах розмірних і концентраційних ефектів. Дослідження структурно-фазового стану показало, що в плівкових системах на основі Fe і Ag або Au вже на стадії конденсації відбувається утворення невпорядкованих обмежених твердих розчинів. Уперше встановлено, що в системах (Fe + Ag)/П тверді розчини формуються на основі ГЦК-гратки Ag (параметр ґратки а = 0,4083 нм); в системах (Fe + Au)/П залежно від концентрації атомів Fe стабілізується ГЦК т. р. Au(Fe) (сAu > 45 ат.%, а = 0,4086 нм) або квазіаморфний, або ОЦК т. р. α-Fe(Au) (сAu = 15–35 ат.%, а = 0,3014 нм). Уперше одержані концентраційні залежності магнітоопору, термічного коефіцієнта опору та коефіцієнта тензочутливості для плівкових систем на основі Fe, Ni, Ag або Au в широкому інтервалі концентрацій від 2 до 85 ат.% атомів благородного металу. Показано, що максимальні значення МО (1,5–2,5 %) та мінімальні – ТКО (0,8–1,0) . 10–3 К-1 спостерігаються при концентрації атомів благородного металу від 65 до 70 ат.%, що свідчить про можливість практичного застосування таких плівкових матеріалів, як температурно-стабільних елементів сенсорів магнітного поля.

Диссертация посвящена установлению общих закономерностей в электрофизических, магниторезистивных и магнитооптических свойствах пленочных систем на основе Fe, Ni и Ag или Au, полученных методами одновременной и послойной конденсации металлов, в условиях размерных и концентрационных эффектов. Установлено, что в пленочных системах на основе Fe и Ag или Au уже на стадии конденсации происходит образование неупорядоченных ограниченных твердых растворов. Впервые показано, что в системах (Fe + Ag)/П (П – подложка) твердые растворы формируются на основе ГЦК-решетки Ag (параметр решетки а = 0,4083 нм), а в системах (Fe + Au)/П в зависимости от концентрации атомов Fe стабилизируется ГЦК т. р. Au(Fe) (сAu> 45 ат.%, а = 0,4086 нм) или ОЦК т. р. α-Fe (Au) (сAu = 15–35 ат.%, а = 0,3014 нм). Впервые получены концентрационные зависимости магнитосопротивления (МС), термического коэффициента сопротивления (ТКС) и коэффициента тензочувствительности (КТ) в широком интервале концентраций (до 90 ат.%) атомов благородного металла. Установлено, что при концентрации сAg ≅ 65–70 ат.% наблюдаются максимальные значения МС: 1,5–2,0 % (пленочные системы на основе Fe и Ag) и 0,5–0,6 % (пленки на основе пермаллоя и Ag). Анализ температурных зависимостей удельного сопротивления и ТКС показал, что изменение концентрации компонент наиболее существенно влияет на характер зависимости ρ(Т) для пленок (Fe + Au)/П в результате структурного перехода т. р. Au(Fe) → т. р. α-Fe(Au). Замена Fe на слой ферромагнитного Py улучшает температурную стабильность образцов (Ру + Ag)/П, о чем свидетельствует их стабильный двухфазный состав (ГЦК-Ni3Fe + ГЦК-Ag) до и после термообработки до 700 К. Установлено, что при концентрации атомов Ag или Au от 65 до 70 ат.% наблюдается максимальные значения МО (1,5–2,5 %) и минимальные – ТКО (0,8–1,0) . 10–3 К –1 , что свидетельствует о возможности практического применения таких пленочных материалов, как температурно-стабильные элементы сенсоров магнитного поля. Анализ деформационных зависимостей показал, что в системах на основе Fe и Ag или Au, полученных методом одновременной конденсации, величина интегрального коэффициента продольной тензочувствительности составляет до 37 единиц при cAg, Au = 35 ат.%. Замена Fe на ферромагнитный сплав на основе Fe и Ni ведет к дальнейшему росту КТ – до 50 единиц.

The thesis is devoted to the establishment of general laws in the electrophysical, magnetoresistive and magneto-optical properties of film systems based on Fe, Ni and Ag or Au, obtained by the methods of simultaneous and layer-by-layer condensation of metals, in conditions of size and concentration effects. The study of the structural-phase state has shown that in the film systems based on Fe and Ag or Au, the formation of disordered bounded solid solutions is already in the condensation stage. It was first established that in systems (Fe + Ag)/S solid solutions are formed on the basis of the fcc Ag lattice (lattice parameter a = 0,4083 nm); in systems (Fe + Au)/S, depending on the concentration of Fe atoms, stabilizes the fcc s. s. Au(Fe) (cAu > 45 at.%, a = 0,4086 nm) or quasi-amorphous or bcc s. s. α-Fe(Au) (cAu = 15–35 at.%, a = 0,3014 nm). For the first time, the concentration dependences of magnetoresistance, the thermal resistance coefficient and the strain coefficient for Fe, Ni, Ag or Au film systems in a wide range at the concentrations from 2 to 85 at.% of noble metal atoms were obtained. It was shown that the maximum MR (1,5–2,5%) and the minimum – TCR (0,8–1,0) . 10–3 K –1 are observed at concentrations of noble metal atoms from 65 to 70 at.%, which suggests the possibility of the practical application of such film materials as temperature-stable elements of magnetic field sensors.