窒素濃度傾斜法による金属窒化物積層膜の機能複合化

利用氮浓度梯度法对金属氮化物层压薄膜进行功能化

• 批准号: 10123216
• 负责人: 吉川 信一
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10123216/
• 关键词: 金属窒化物; 多層膜; 巨大磁化; 磁気抵抗効果

高周波スパッタ法によってFe/AlN積層薄膜を100Wにて作成すると、30Wの場合と比べてα-FeおよびAlN層ともに良く結晶化していた。しかしα-Feの回折線はやや広幅化しており、既報の30Wの場合と似て積層回数が増すとともに低角度側にシフトした。この様子から100Wで成膜した積層回数が少ない膜の方が、窒素含有量が少なく大きな磁化をもつ窒化鉄の生成していることが推測された。室温で磁気測定を行うと、100および30Wで成膜した試料とも、積層回数が増えるとともにα-Fe格子中の窒素含有量が増すため飽和磁化の値は次第に減少した。また100Wで成膜した一回積層膜では233emu/gに及ぶ大きな磁化が見られた。昇温しながら積層薄膜の磁化を測定すると、590K付近にα"-Fe_<16>N_2などの巨大磁化成分がα+γ'へ熱分解する反応に由来した磁化の大きな減少を伴いつつ、γ'-Fe_4NのCurie点が観測された。800Kから温度を下げると、磁化は520K付近から急速に増加した。またAl-K端のXANESスペクトルを測定した。界面に生成する窒化鉄中に含まれる窒素含有量が多い30Wで成膜した積層膜ではAlNのスペクトルの微構造は失われ、かなり線幅の広いスペクトルになっていた。金属Alのスペクトルが線幅の広いスペクトルであり、30Wで成膜した積層膜のスペクトルはAlNと金属Alが共存しているとしてよく説明できた。これらの実験事実より、負の電子親和力をもつAlNから成膜時に遊離した窒素ガスがα-Fe格子中に拡散して、窒素濃度に傾斜構造を伴った窒化鉄からなる界面相を形成することが明らかになった。機能複合化に関する実験では、Fe/AlN/Feトンネル接合において磁気抵抗効果を観測できた。しかし性能を評価するためには接合作製法や強磁性物質の最適化が必要である。

当使用 100W 高频溅射制造 Fe/AlN 层压薄膜时，α-Fe 和 AlN 层都比 30W 时更好地结晶。然而，随着层数的增加，α-Fe 的衍射线变得稍微更宽并转向更低的角度，类似于之前报道的 30W 的情况。由此情况推断，在100W下成膜且沉积次数较少的膜产生具有较低氮含量和较高磁化强度的氮化铁。当在室温下进行磁测量时，随着层数的增加和α-Fe晶格中氮含量的增加，在100和30 W沉积的两个样品的饱和磁化强度值逐渐下降。此外，在 100 W 沉积的单层薄膜中观察到 233 emu/g 的大磁化强度。当我们在升高温度的同时测量层压薄膜的磁化强度时，我们发现在590K左右，由于α”-Fe_<16>N_2等巨磁化成分的热分解反应，磁化强度大幅下降。变为α+γ'，同时观察到γ'-Fe_4N居里点，当温度从800K降低时，磁化。温度从520 K左右开始迅速升高。我们还测量了Al-K边缘的XANES光谱。在30 W沉积的叠层薄膜中，界面处生成的氮化铁中含有的氮含量较高，结构精细。 AlN 光谱丢失，导致光谱线宽相当宽。 l的光谱是宽线宽的光谱，并且在30W下沉积的叠层薄膜的光谱可以很好地解释为AlN和金属Al的共存，其中AlN在成膜过程中释放出具有负电子亲和势的氮气。扩散到 α-Fe 晶格中，结果表明，在元素浓度中形成了由氮化铁组成的具有梯度结构的界面相。在与功能复合相关的实验中，在Fe/AlN/Fe隧道结中观察到磁阻效应，因此有必要进行评估。优化键合制造方法和铁磁材料。