メタ磁性B2-命じFeRhエピ層のスパッタ成長と評価

この手順の全体的な目標は、鉄ロジウム磁気構造特性の制御を得るために、高度なB 2化学秩序を持つ高品質の鉄ロジウムエピ層を調製することです。これは、最初にきれいな単結晶基板を準備し、鉄ロジウムターゲットを適切に取り付け、真空下でサンプルを一晩ひざまずかせることによって達成されます。2番目のステップは、マイズナートラップを介して液体窒素を流しながら、鉄ロジウム層を堆積させることです。

最後のステップは、鉄ロジウム層をさらにアニルして、B 2 秩序のアルファ素相の程度を改善することです。最終的に、この手順に従って調製された鉄ロジウムエピ層は、磁気および構造挙動の研究を可能にし、磁気相転移に対する構造変化の影響を調査するために、より複雑なヘテロ構造に挿入することができます。この方法は、非磁性体の分野で重要な問題、例えば、鉄リウムと関連する数学の微細構造と磁気特性との関係など、答えるのに役立ちます。

この手法の意味するところは、鉄ロジウムにおける注目すべきマグネタ構造相転移の理解を広げることです。これは、材料が転移するときの電子的磁気特性と結晶学的特性の変化との間の因果関係がまだわかっていないためです。パターの成長には標準的なパター技術とは異なるいくつかの側面があり、すべての側面が成功に重要であるため、この方法を視覚的に示すことは重要です。

この技術はBを調製するために優れていますが、2つの順序付けられた鉄ロジウムエピ層は非常に高品質です。また、L one zero、鉄プラチナ、鉄パラジウムなどの他の注文された合金材料にも非常に役立ちます。まず、酸化マグネシウム0 0 1基板をイソプロパノールですすぎ、基板ホルダーに取り付けてから、ホルダーを真空チャンバーにロードします。

次に、鉄ロジウムターゲットをマグネトロンガンに取り付け、解剖学的組成のサンプルのためにガンを再組み立てします。47%の鉄と53%のロジウムで構成されたターゲットが最も適しており、マグネトロンと周囲のシールドとの間に短絡がないという最も明確な磁気構造相転移試験が得られます。マルチメーターを使用してターゲットとチャンバー間の抵抗を確認し、真空チャンバーを閉じてポンプダウンします。

真空度が10倍からマイナス6倍よりも良くなったら、基板を毎分6.7°Cの速度で600°Cに加熱します。真空レベルを注意深く監視して、圧力がこのレベルを超えないようにします。基板が摂氏600度になったら、一晩そのままにしてください。

層の成長が始まる1時間前に、マイズナートラップを介して液体窒素を流し始めます。20分後、マイズナートラップの入力は凍結されます。真空度は、負の7番目のtorに10の4倍よりも良く改善する必要があります。

次に、マスフローコントローラーを作動ガス流量の65SCCMに設定し、ガスバルブを開きます。成長中のサンプルの酸化を避けるために、4%水素を含むアルゴンヌのスパッタガスを使用してください。チャンバー内の圧力を監視する バルブを開いた後、チャンバー内の圧力は低ミル範囲まで上昇するはずです。

次に、鉄ロジウムターゲットを30ワットで1200秒間プレスパッタします。DCマグネトロンスパッタリングによる鉄ロジウム層の成膜は、マスフローコントローラの設定値を調整して、チャンバー圧力を10の4倍からマイナス3倍にして、安定した値に落ち着くまで圧力を監視します。さらに、基板の温度が摂氏600度に保たれ、安定していることを確認してください。

次に、マグネトロンに電力を供給して、毎秒0.4オングストロームの全体的な堆積速度を実現します。シャッターを開き、加熱された基板上に鉄ロジウムを、通常の条件下で所望の厚さを与えるのに適した時間堆積させます。502回目の堆積では、厚さ約20ナノメートルのサンプルが得られます。

次に、シャッターを閉じ、マグネトロンの電源を切り、ガスバルブを閉じます。次に、サンプル温度を毎分摂氏3.33度の割合で970ケルビンに上げ、サンプルを1時間膝に置きます。圧力を監視し、1時間後に1×10からマイナス6のトールよりも良く保たれることを確認します。

ヒーターの電源を切り、サンプルをここに示すセットアップで室温まで冷まします。これには少なくとも 3 時間かかります。必要なキャッピング層を冷却したら、キャッピング層を370ケルビン未満の温度で堆積させて、鉄ロジウム層への相互拡散を防ぐ必要があります。

チャンバーを乾燥窒素で完全にベントしたら、チャンバーを開いてサンプルを取り出します。彼らは明るく輝いて見えます。まず、サンプルの厚さを測定するには、サンプルをたわみ計に取り付け、検出器の角度が2θで1度に等しい角度でX線ビームが検出器に鏡面反射するように位置合わせします。

可能な場合は、chi も整列させる必要があります。これにより、サンプル表面が屈折計に位置合わせされます。次に、ローアングルX線反射率スキャンを実行します。

0度から装置のノイズフロアに達するまでシータを走らせて、標準のシータ2シータスキャンを実行します。これは通常、シータが約6度以上になると、良質なサンプルが得られるときに発生します。次に、エピ層の厚さは、キグフリンジとも呼ばれる薄膜干渉フリンジの間隔から決定できます。

データへの適合は、入力パラメーターとしての厚さを持つレイヤーのモデルに基づいています。適切な適合は、入力パラメータが正しいことを示します。挿入図は、適合として表示されるデータのシミュレーションを発生させるモデルへの入力を示します。

次に、高角度X線回折スキャンを実行して、たわみ計にサンプルをロードしたままの化学秩序の程度を決定します。再度、今回はサンプルを基板の格子面に位置合わせします。0 0 2 のブラッグ ピークは、使用する基板のタイプに対してプレーンな方向から外れているため、アライメントには酸化マグネシウム 0 0 2 のブラッグ ピークを使用します。

次に、12.5度から62.5度までのシータの範囲をカバーするシータ2シータスキャンを実行します。酸化マグネシウム基板のスキャンから基板のピークを見つけます。ピークは 2 シータに位置し、42.9 度に相当します。

銅Kサブアルファ放射源を追加で使用すると、0 0 1および0 0 2の鉄ロジウムピークも、それぞれ29.88度と61.88度に等しい2シータの周囲に現れます。最後に、サンプル抵抗率の温度依存性を測定して、これを達成するための転移温度を決定します。まず、DC法を使用して標準的な4点測定ができるように、サンプルに電気的接触をします。

順方向と逆方向の電流を測定し、平均化された抵抗は、高温で発生する熱起電力をゼロにするために行われます。次に、酸化を避けるために、小さなターボポンプ式高真空チャンバーに配置された温度制御されたホットステージにサンプルを置きます。加熱スイープと冷却スイープの両方で、1 分あたり 2 ケルビンの速度で抵抗を温度の関数として測定し、1 次磁気構造相転移のヒステリシスを決定できるようにします。

ここに示されているのは、酸化マグネシウム基板上の鉄ロジウムエピ層の透過型電子顕微鏡写真です。鉄ロジウム層の厚さは30ナノメートルと推定され、さらに4ナノメートルのクロム層が1ナノメートルのアルミニウムで覆われています。X線反射率測定のデータは、アルミニウムの薄い多結晶層で覆われた公称厚さ25ナノメートルの鉄ロジウムエピ層についてここに示されています。

挿入図は、サンプルの散乱長密度と深さのモデルであり、鉄ロジウム層の厚さを示しています。このような層から生じるX線反射率をシミュレートすると、モデル層の正確性を確認する実験データとよく一致するように見える実線が得られ、層スタック内の顕著なSigフリンジは、鉄ロジウムエピ層の上部と下部の界面が滑らかでよく相関していることを示しています。同じサンプルからのX線回折の結果、酸化マグネシウム基板の強い0 0 2反射と、0 0 1および0 0 2鉄ロジウム層反射の両方の反射を示す3つの主要なピークが明らかになりました。

このデータを使用して、2つの鉄ロジウムピークの相対的な積分強度から化学秩序パラメータを決定することができます。構造が完全な場合、0 0 1 ピークの積分密度は 0 0 2 ピークの積分密度の 1.14 倍になります。表示。これは、鉄ロジウム層の温度依存性抵抗率の例です。

この曲線は、マスターされた後の材料の加熱曲線と冷却曲線の間に予想される熱ヒステリシスを示しています。この手法は、適切に行われれば、成長に16時間、測定に3時間、抵抗率に4時間で実行できます。このビデオを見た後、鉄ロジウムのような材料の注文された合金エピ層を準備する方法について優れた理解を持っているはずです。