Investigation of magnetic dead layer formation at the interfaces of sputtered Ni80Fe20 thin films

Abstract

Bu tezde, sıçratılmış Ni80Fe20 ince filmlerinin arayüzeylerinde manyetik ölü tabaka oluşumu deneysel olarak incelenmiştir. Ni80Fe20 arayüzeylerinde (MÖT) oluşumunu saptamak amacıyla Ta2O5 ve Al2O3 gibi yalıtkanlar ve metalik Ta ince filmler alt ve üst tabaka olarak büyütülmüştür.Örneklerin manyetizasyonları, titreşimli örnek magnetometresiyle araştırılmış ve arakatmanların kalınlıkları ve pürüzlülükleri XRR ölçümleri uygulanarak incelenmiştir. Ta filmleri üst tabaka olduğu kadar alt tabaka olarakta büyütüldüğünde en çok MÖT oluşmasına neden olur. MÖT kalınlıklarının ileri derecede sıcaklığa bağlı olduğu gözlenmiştir. 300?C tavlama sıcaklığına maruz bırakıldıklarında Ta2O5/Ni80Fe20/Ta2O5 dışında büyütülmüş diğer tüm çoklu katmanlar için MÖT kalınlıkları azalır. 500?C ileri tavlama tabakalar arasındaki ara diffüzyona neden olur ve MÖT kalınlığı artar.XRR ölçümlerine gore, Ni80Fe20 ve komşu tabakalarının arasında oluşmuş ara alaşım kalınlıkları, Liebermann denklemi ile hesaplanan manyetik ölü tabaka kalınlıklarıyla uyumludur. MÖT hesaplamaları, SiO2/Ta/Ni80Fe20/Al2O3 çoklu katmanının en düşük manyetik ölü tabakasına sahip olduğunu dolayısıyla muhtemelen spin valf yapılarında kullanılabilecek bir aday olabileceğini göstermiştir.

In this thesis, magnetic dead layer formation at the interfaces of the sputtered Ni80Fe20 thin films has been investigated experimentally. Different insulators such as Ta2O5, Al2O3 and metallic Ta thin films have been deposited as seed and cap layers to determine the MDL formation at the interface of Ni80Fe20.The magnetization of samples has been probed by Vibrating sample magnetometry and X-ray reflectivity measurements have been carried out to investigate the thickness and roughness of the interlayers. Ta films cause the most MDL formation when grown as seed as well as cap layer. It has been observed that the thickness of MDL is strongly temperature dependent. MDL thickness decreases for all trilayers deposited except for Ta2O5/Ni80Fe20/Ta2O5 when they are exposed to 300 ?C annealing temperature. Further annealing at 500 ?C causes an interdiffusion between the layers and the thickness of the MDL increases.According to XRR measurements, the thickness of the inter alloy layers between the Ni80Fe20 and its adjacent layers is consistent with the thickness of magnetic dead layer calculated from Liebermann equation. MDL calculations reveal that SiO2/Ta/Ni80Fe20/Al2O3 multilayer has the lowest MDL thickness therefore might be a possible candidate to be used in spin valve structures.