Öksüzoglu, Ramis M. (2001)
Magnetowiderstand- und Mikrostruktur-Eigenschaften in gesputterten granularen Co25Ag75- und (Co0.9Al0.1)xAg1-x-Schichten.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Seit der Entdeckung des Magnetowiderstandseffektes (Giant Magnetoresistance, GMR) in magnetischen granularen Schichten im Jahr 1992, haben diese Materialien neben den Viellagenschichtsystemen eine zunehmende Interesse für Anwendungen in der Sensorik (z.B. kontaktlose Positions- und Winkelmessungen von bewegten Teile) gewonnen. Granulare Schichten setzten sich aus magnetischen Ausscheidungen, die innerhalb einer nichtmagnetischen Matrix eingebettet sind, zusammen. Ziel dieser Arbeit war zunächst die Herstellung von gewählten granularen Schichtsystemen durch Sputter-Technik und die Untersuchung der bisher nur unzugänglich verstandenen Zusammenhänge zwischen der Wachstumscharakteristik der Schicht, der atomischen Struktur der magnetischen Ausscheidungen und den makroskopisch gemessenen Magnetotransport und magnetischen Eigenschaften sowie Einflusses von Temperatur und Aluminiumdotierung. Für dieses Ziel wurden in der vorliegenden Arbeit zwei granularen Schichtsysteme ausgewählt und untersucht. Diese sind zum einen, das in der Literatur bereits intensiv diskutierten Kobalt-Silber System und das unter diesem Aspekt bisher nicht untersuchte Kobalt-Silber-Aluminium-System. Das Dünnschichtsystem Kobalt-Silber, insbesondere bei der Zusammensetzung Co25Ag75 mit dem größten GMR-Effekt, wurde von anderen Autoren bereits intensiv untersucht. Jedoch waren hierfür noch keine systematischen Untersuchungen bekannt, welche sich intensiv mit dem Wachstumsprozess dieser Schichten und der Größe des GMR-Effektes in Abhängigkeit von der Schichtdicke befasst haben. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde für das binäre System Co25Ag75 erstmals die theoretisch vorausgesagte - aber bisher nur bei Einkomponentensysteme beobachtete - Änderung der Oberflächenrauhigkeit als Funktion der Schichtdicke (Dynamischer Skalierungsprozeß) nachgewiesen. Ferner konnte gezeigt werden, dass die Größe des beobachteten GMR-Effekts, sowohl durch die Phasentrennung zwischen (magnetischem) Kobalt und (nichtmagnetischem) Silber, als auch durch die Dicke der Schicht beeinflusst wird. Interessante Einblicke in das Wachstumsverhalten von dünnen Schichten ergaben auch die elektronenmikroskopische Untersuchung an diesen Schichten. Hiermit konnte sowohl die Natur, als auch die Verteilung der Elemente in der Schicht studiert werden. Neben der Bestätigung des bisher angenommenen kolumnaren Wachstums der Silbermatrix konnte durch Analyse von Hochauflösungsaufnahmen erstmals zweifelsfrei belegt werden, dass die magnetische Spezies in den präparierten Schichten in ihrer hexagonalen und nicht in ihrer kubischen Modifikation vorliegt. Da der Einfluß geringer Mengen Fremdstoffe auf die GMR-Eigenschaften bisher nur unzureichend untersucht war, wurden Kobalt-Silber-Dünnschichten mit variablem Aluminiumanteil hergestellt. Der an den Schichten gemessene GMR-Effekt ist dabei in Schichten mit der Zusammensetzung (Co90Al10)28Ag72 am größten (5,7 %). Dieser ist gegenüber dem bei der binären Schicht Co25Ag75 gemessenen Effekt (13,9 %) deutlich abgeschwächt. Die Größen von Kobalt-Teilchen in der untersuchten (Co90Al10)28Ag72-Schicht mit 1.0 - 1.5 nm liegen dabei in ähnlicher Größenordnung wie in der Co25Ag75-Schicht. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Dotierung mit Aluminium keinen Einfluss auf die Größe von Kobalt-Teilchen hat. Weiterhin wurde gefunden, dass die bei den undotierten Proben störend auftretende Kornvergröberung an der Oberfläche durch die Dotierung fast gänzlich unterdrückt wird. Neben dem Einfluß der Aluminiumkonzentrationen auf die GMR-Eigenschaften der hergestellten Schichten wurde auch der Einfluß der Temperatur untersucht. Hierzu wurden die Proben bei unterschiedlichen Temperaturen (bis maximal 823 K) getempert und anschließend untersucht. Als wesentliches Ergebnis dieser Reihenuntersuchung konnte gefunden werden, dass der GMR-Effekt (im Gegensatz zu der binären Probe) im wesentlichen von der Temperatur unabhängig ist. Dieses ist eine weitere positive Eigenschaft dieser Schicht, insbesondere für die eingangs bereits erwähnte Anwendung in Sensoren bei erhöhten Betriebstemperaturen. Als positiv für eine potentielle Anwendung konnte auch die Abnahme des Ummagnetisierungsfeldes (geringeres MR-Sättigungsfeld) in den getemperten Proben vermerkt werden. In den getemperten Co-Ag-Al Schichten fand eine Vergrößerung der magnetischen Kobalt-Teilchen statt. Parallel hierzu wurde eine Vereinheitlichung in der Struktur der Schicht beobachtet, welche zu einer Zerstörung der kolumnaren Wachstumszonen führt. Durch Elektronenbeugungsaufnahmen an diesen Schichten konnte festgestellt werden, dass bei höheren Temperaturen (bis 823 K) neben einem Gemisch aus hexagonalem und kubischem Kobalt, die Phase Ag3Al vorliegt.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen