Файл: Сухвало, С. В. Структура и свойства магнитных пленок железо-никель-кобальтовых сплавов.pdf

магннчиванию пленок смещением границ в слабых полях и перемагничнванню пленок неоднородным вращением векторов намагниченности в перемагничивающпх полях, больших поля анизотропии. Пленки, по составу близкие к перминварным, не перемагннчнваются вплоть до полей, равных полю анизотропии (рис. 117, кривая 3). При величине перемагнмчивающего поля, равного Як, на кривой 1/т = f(H) этих пленок имеет место почти вертикальный участок, затем после резкого излома следует участок наклонного хода кривой. Вид зависимости 1/т= f(H), показанный кривой 3 (рис. 117), интересен как пример перемагничивания пленок, в которых практически отсутствует угловая дисперсия анизотропии. В перммнварных пленках, по­ лученных в низких ориентирующих полях, угловая дисперсия анизотропии возрастает и в соответствии с этим указанный вертикальный участок кривой \lx=f(H) наклоняется, образуя пологую кривую, асимптотически приближающуюся к оси на­

перминварную пленку, освобождаются из глубоких потенци­ альных ям, обусловленных высоким значением константы на­ веденной анизотропии. Поскольку после смещения из стабиль­ ной потенциальной ямы 180-градусные границы становятся очень подвижными, можно предположить, что эта особенность является основной причиной резкого ускорения перемагннчи-

§ 6. Магнитострикция железо-никель-кобальтовых сплавов и их тонких пленок

Важность в научном и практическом отношении исследова­ ния магнитострикции сплавов системы железо—никель—ко­ бальт очевидна. Однако до недавнего времени был изучен лишь ограниченный диапазон составов. Значительно лучше исследовалось явление магнитострикции в граничных двойных системах Fe—Ni; Ni—Со и Fe—Со. В связи с этим нами было

304

предпринято систематическое изучение магнитострикции спла­ вов рассматриваемой тройной системы во всем концентраци­ онном треугольнике. Результаты проведенных исследований частично рассмотрены в [478—480].

Магнитострикция насыщения тонких пленок сплавов желе- зо-никель-кобальтовой системы также практически не изуча­ лась, что связано с методическими трудностями. В ряде работ исследовался магнитоупругий параметр пленок рассматривае­ мой системы сплавов, в основном железо-никелевых и составов сечения с постоянным отношением Fe : Ni= 19 : 81 [456, 457, 481—487].

В тонких пленках на жестких подложках магнитоупругие свойства можно изучать, как известно, главным образом изме­ рением магнитоупругого параметра т] по методу изгиба или растяжения подложек [481, 488—490]. Однако в этом случае, как было отмечено, трудно учитывать влияние внутренних на­ пряжений на характеристики магнитоупругости пленок.

На рис. 118 дана зависимость значений магнитострикции массивных образцов от состава и указаны области составов сплавов с различными знаками магнитострикции насыщения. Значения магнитострикции насыщения сплавов системы Fe—Ni—Со, выплавленных в равновесных условиях, приведе­ ны на рис. 118. В соответствии с этими данными на концентра­ ционном треугольнике Гиббса можно отметить две области экстремальных значений магнитострикции. Одна область, отве­ чающая отрицательным значениям ее, лежит в пределах кон­ центраций 10—30%. Со и 25—35% Ni. Вторая область — наи­ больших положительных значений магнитострикции — лежит в диапазоне концентраций 40—55% Со и 30—45% Ni.

Представляет интерес характер размещения концентраци­ онных областей сплавов с отрицательной магнитострикцией.. У чистых Fe, Ni и Со, у сплавов, составы которых лежат вдоль линии, разделяющей а- и у-фазовые области в тройной системе, и у большой группы высоконикелевых сплавов магнитострик­ ция отрицательна.

Общая картина концентрационной зависимости величины магнитоупругого параметра г) для тонких пленок сплавов сис­ темы Fe—Ni—Со дана на рис. 119. Из рис. 118 и 119 видно, что по сравнению с массивными образцами в пленках наблюдается значительное изменение в расположении областей концентра­ ций с отрицательной и положительной магнитострикцией и в величине этих областей. Через центральную часть тройной диаграммы проходит полоса концентраций пленок с невысоки­ ми отрицательными значениями -р (см. рис. 119). У многих со­ ставов пленок в пределах этой полосы обнаружено наличие инверсии знака магнитоупругого параметра в зависимости от условий напыления. Вариация условий напыления пленок

§ 7. Некоторые замечания об особенностях концентрационной зависимости магнитных свойств пленок сплавов системы Fe—Ni—Со

В предыдущих разделах нами дана краткая информация об особенностях основных свойств железо-никель-кобальтовых пленок в функции состава для фиксированного комплекса тех­ нологических условий. Полученный экспериментальный мате­ риал представляет интерес с точки зрения изыскания магнит­ ных материалов, имеющих наряду с высокой прямоуголыюстыо петли гистерезиса необходимую совокупность других технически важных параметров. Вместе с тем на основании этого материала можно выявить ряд закономерностей измене­ ния свойств пленок в зависимости от состава и их технологи­ ческих параметров, а также выяснить некоторые вопросы условий возникновения магнитной анизотропии, дисперсии осей анизотропии и прямоугольности петли гистерезиса в плен­ ках.

В результате изучения процессов намагничивания и перемагничивания пленок по предельным петлям гистерезиса уста­ новлено, что в системе сплавов Fe—Ni—Со имеются четыре области концентраций пленок с особыми магнитными свойст­ вами. Это известная область пермаллоевых сплавов, очерчен­ ная нами обширная область тройных сплавов вблизи перминвара, а также две группы составов пленок бинарных железо­ кобальтовых сплавов в окрестности состава 50%: Fe—50% Со и никель-кобальтовых сплавов с концентрацией никеля 40— 60%. Особые свойства пленок этих сплавов проявляются в минимальных значениях коэрцитивной силы, в высоких значе­ ниях магнитной проницаемости, остаточной намагниченности и коэффициента прямоугольности петли гистерезиса вдоль оси легкого намагничивания. Четыре области концентраций осо­ бо могут быть выделены и по сочетанию других характеристик, например константы поля и дисперсии анизотропии, времени перемагничивания и т. д. Пленки этих областей концентраций, как уже отмечалось, при невысоких толщинах характеризу­ ются высокой анизотропностью магнитных свойств, одноосной наведенной анизотропией, направленной в плоскости пленки. Перемагничивание этих пленок в известных пределах соответ­ ствует простой модели когерентного вращения.

Интересны сочетания основных магнитных свойств, обна­ руженные у тонких пленок трехкомпонентных сплавов. Соста­ вы этих пленок расположены в центре концентрационного тре­ угольника вблизи состава 28% Fe — 43% Ni — 29% Со.

Анализ свойств железо-никелевых пермаллоевых и трех­ компонентных тонких пленок свидетельствует о многих прак­ тических преимуществах, которые могут дать пленочные маг-

308

иитные элементы из перминварных сплавов. Из этих пре­ имуществ отметим следующие. В трехкомпонентных пленках многие важнейшие параметры в пределах большой области концентраций претерпевают относительно небольшие измене­ ния» Например, при варьировании концентрации компонентов сплава в пленке на 25—30% коэффициент прямоугольности изменяется только на 10%; невелико также изменение в зави­ симости от состава величины дисперсии анизотропии, коэрци­ тивной силы, магнитной проницаемости и ряда других пара­ метров тонких пленок указанного диапазона концентраций. Колебания состава в 2—4%. имеющие место при изготовлении пленок методом вакуумного напыления, не оказывают замет­ ного влияния на изменения магнитных и других свойств желе- зо-никель-кобальтовых пленок. Благодаря этому облегчается выбор технологических режимов получения таких пленок и су­ щественно улучшается воспроизводимость их свойств. В двух­ компонентных железо-никелевых пермаллоевых пленках (вблизи 80% Ni — 20% Fe), наоборот, наблюдается резкая зависимость свойств от состава, обусловливающая известные трудности получения однородных пленок.

Важным преимуществом трехкомпонентных железо-никель- кобальтовых пленок указанных выше областей концентраций является высокое значение их магнитной проницаемости и ко­ эффициента прямоугольности петли гистерезиса в широком диапазоне состава. Как уже отмечалось, коэффициент прямо­ угольности трехкомпонентных пленок, составы которых рас­ положены в центре концентрационного треугольника, близок к 100%- Железо-никель-кобальтовые пленки значительно пре­ восходят пермаллоевые (80% Ni — 20% Fe) не только по зна­ чению коэффициента прямоугольности, но и по квадратичности петель гистерезиса. Максимальная магнитная проницае­ мость железо-никель-кобальтовых пленок ряда составов по величине более чем в 2 раза превышает магнитную проницае­ мость пермаллоевых пленок, причем максимум магнитной про­ ницаемости как трехкомпонентных, так и пермаллоевых пле­ нок достигается в полях одного порядка. Вследствие этого же­ лезо-никель-кобальтовые пленки отмеченных составов обеспечивают значительно большую амплитуду выходного сигнала, чем двойные пермаллоевые. Это может быть исполь­ зовано при осуществлении миниатюризации пленочных маг­ нитных элементов различного назначения,

Представляют интерес закономерности поведения планар­ ной магнитной анизотропии и ориентационной дисперсии в за­ висимости от технологических факторов. Как отмечалось ранее, константа анизотропии и ориентационная дисперсия при изменении напряженности ориентирующего поля изменя­ ется в некоторых случаях значительно. Увеличение напряжен­

309