Korrelation zwischen strukturellen und magnetogalvanischen Eigenschaften von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Korrelation zwischen den strukturellen und magnetogalvanischen Eigenschaften von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen beschrieben. Zunächst werden die Untersuchungen der strukturellen Eigenschaften der Schichtsysteme mittels verschiedener Verfahren präsentiert. Mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde beobachtet, dass für Pt/Co/Pt-Schichtsysteme auf natürlich oxidiertem Silizium (Siox) eine Vermischung der Pt-Wachstumsschicht mit dem Si-Substrat stattfindet, welche zur Entstehung einer PtSi-Schicht führt. Für Pt/Co/Pt- Schichtsysteme auf thermisch oxidiertem Silizium (SiO2) wird hingegen keine PtSi Legierungsbildung beobachtet, wobei der einzig relevante Unterschied in der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht besteht. Durch Röntgenreflektometrieuntersuchungen (XRR) konnte nachgewiesen werden, dass die Legierungsbildung auf die Verwendung von Elektron- Zyklotronresonanz (ECR) Sputterdeposition zur Herstellung der Pt-Wachstumsschicht zurückzuführen ist. Mit Hilfe der Röntgendiffraktion (XRD) konnte für die Pt/Co/Pt-Schichtsysteme an der Position des Pt fcc(111) Reflex ein Muster von Mehrfachreflexen nachgewiesen werden, welches sich mit der Co-Schichtdicke tCo bezüglich der Position und Anzahl der einzelnen Peaks verändert. Dieses Muster ist eine Konsequenz der Interferenz der Braggstreuung der Pt-Wachstums- und -Deckschicht und kann mit Hilfe der kinematischen Näherung beschrieben werden. Dies erlaubt die Bestimmung des Co-Gitterabstands durch die Anpassung des Pt-Interferenzmusters, auch wenn der Co fcc(111)- beziehungsweise Co hcp(002)-Reflex aufgrund der geringeren Streuintensität dieser Reflexe nicht direkt nachweisbar ist. Ein Vergleich der strukturellen Eigenschaften der Pt/Co/Pt-Schichtsysteme mit Pd/Co/Pd-Schichtsystemen, derenWachstumslagen vollständig mit DC Magnetron- Plasmazerstäuben hergestellt wurden, zeigt, dass die Textur der Schichtsysteme stark von der Herstellungsmethode abhängt. Die magnetische Anisotropie der Schichtsysteme zeigt eine deutliche Abhängigkeit von dem verwendeten Substrat sowie der Herstellungsmethode. Es wird gezeigt, dass die Unterschiede in der Anisotropie wahrscheinlich auf Verspannungen zurückzuführen sind, die an den Co/Pt- beziehungsweise Co/Pd-Grenzflächen entstehen. Bei der Untersuchung des Einflusses eines äuÿeren Felds auf den elektrischen Widerstand der Pd/Co/Pd-Schichtsysteme konnte gezeigt werden, dass diese einen Alterungseffekt zeigen, der zu einer Veränderung des Widerstands sowie der Stärke verschiedener Magnetowiderstandseffekte führt. Durch die Abhängigkeit der Stärke des Effekts von tCo und dem Alter der Schichtsysteme kann darauf geschlossen werden, dass die Ursache der Alterung in einer Veränderung der Grenzflächen in einem Zeitraum von mehreren Monaten zu finden ist.

In this thesis the correlation between the structural and magnetogalvanic properties of Pt/Co/Pt and Pd/Co/Pd multilayers is described. Initially the investigation of the structural properties with different techniques is presented. Using transmission electron microscopy (TEM), it was observed that for Pt/Co/Pt multilayers on naturally oxidized silicon (Siox) an intermixing of the Pt seedlayer and the Si substrate occurs, which leads to the formation of a PtSi alloy. For Pt/Co/Pt multilayers on thermally oxidized silicon (SiO2), however, no PtSi alloy formation is observed, with the only relevant difference beeing the layer thickness of the silicon oxide layer. Using X-ray reflectometry (XRR) the cause of the alloy formation was found in the application of electron cyclotron resonance (ECR) sputter deposition for the growth of the Pt seedlayer. With the help of X-ray diffraction (XRD) a multipeak spectrum was observed at the position of the Pt fcc(111) peak for these Pt/Co/Pt multilayers. The position and number of peaks in this spectrum changes with the Co-layer thickness tCo. This pattern is a consequence of the interference of the Bragg scattering of the Pt seed- and caplayer and can be described with the help of the kinematic approximation. This enables the determination of the Co lattice spacing by adjusting the Pt interference pattern, even though the Co fcc (111) and Co hcp (002) peak are not visible due to the reduced scattering intensity of these reflections. A comparison of the Pt/Co/Pt multilayers with Pd/Co/Pd multilayers whose seed layers were made entirely with DC magnetron sputtering shows that the texture of these systems depends strongly on the method of preparation. The magnetic anisotropy of the multilayers shows a dependence on the substrate and the method of preparation as well. It is shown that the differences in anisotropy are a result of strain at the Co/Pt and Co/Pd interfaces. By studying the influence of an external field on the resistance of the Pd/Co/Pd multilayers it was shown that an aging effect occurs, which alters the electrical resistance and several magnetoresistance effects. The correlation between the magnitude of this effect and tCo as well as the age of the samples leads to the conclusion, that the aging is caused by a change at the interfaces in a timeframe of several months.