Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4034
Neben Röntgenstreumessungen am Hamburger Synchrotronlabor, wurde sowohl eine
Probenpräparation und in-situ Charakterisierung durchgeführt als auch die Entwicklung
von Meßmethoden und Datenmodellierungsmethoden bewerkstelligt .
Co/Cu-Schichten wurden auf Silizium- und Saphirsubstraten mittels MBE gewachsen
und in-situ mit Augerelektronenspektroskopie (AES) und niederenergetischer Elektronenbeugung
(LEED) charakterisiert .
Die Morphologie einer 50 A dicken fcc-Co(001) Schicht, die bei Zimmertemperatur
auf ein Cu/Cr/Nb(001)-Pufferschichtsystem auf A12O3 (1102) präpariert wurde, wurde
vor und nach dem Tempern bei 175°C und 375°C unter Anwendung anomaler Röntgenstreuung
untersucht . Die RMS-Rauhigkeit der Co/Cu-Grenzfläche ist in etwa die
gleiche wie die der oberen Co-Grenzfläche (~5 A) und ein gewisser Grad an vertikaler
Korrelation dieser Grenzflächen ist aus der diffusen Streuung offensichtlich . Die
Schichtstruktur ändert sich nach dem Tempern bei den oben genannten Temperaturen
kaum, da fast keine Änderung in der spekulären und diffusen Röntgenstreuung zu beobachten
war.
Mehrere Co/Cu/Co(001)-Schichtproben mit Zwischenschichtdicken von 10 bis 60 A
wurden bei RT auf eine 2000 A dicke Cu(001)-Pufferschicht auf Si(001) präpariert. Die
Oberfläche der Cu(001)-Pufferschicht besitzt in etwa eine RMS-Rauhigkeit von 15 A, ei
ne laterale Korrelationslänge von einigen Hundert A und einen Rauhigkeitsexponenten
um 0.7 . Die Oberflächenstrukturen der darauf gewachsenen Co/Cu/Co(001)-Schichten
replizieren diese Morphologie zu einem hohen Maß, was aus einer vertikalen Korrelation
ersichtlich ist, die aus der Analyse der diffusen Streuung folgt .
Messungen der Röntgenstreuung zur Analyse der vertikalen Schichtstruktur wurden
an Co/A1203/NiFe TMR-Schichtstrukturen durchgeführt, deren Oxidzwischenschicht
durch UV-Oxidation hergestellt wurde. Verschiedene Proben mit Oxidationsdauern von
1, 2, 4, 8 und 16 Minuten wurden gemessen . Die strukturellen Eigenschaften der Oxidschicht
wurden teilweise nur mit geringer Empfindlichkeit, d. h. großer Unsicherheit
bestimmt und es konnte keine Korrelation zwischen der Oxidationszeit und der Morphologie
der Oxidschicht, deren Dicke etwa zwischen 10 und 20 A liegt, nachgewiesen
werden.
Die Architektur einer Co/A1203 /Co-Struktur wurde systematisch anhand der Röntgenreflektivität
verschiedener Proben mit einer zunehmenden Anzahl von Schichten
analysiert. Wegen systematischer Fehlanpassungen zwischen Daten und Modellrech
nungen stellen die Ergebnisse nur grobe Schätzungen der vertikalen Schichtstruktur
dar und stimmen mit den präparierten Schichtdicken näherungsweise überein .
Besides the ex situ x-ray measurements at the Hamburg Synchrotron Laboratory
experimantal work regarding the Sample preparation and in situ characterization as
well as the development of measurement methods and data modelling technique was
accomplished .
Co/Cu layers were grown by MBE an silicon and sapphire substrates and in situ
characterization by Auger electron spectroscopy (AES) and low energy electron diffraction
(LEED) was done.
The morphology of a 50 Ä thick fcc-Co(001) layer prepared at RT an a Buffer System
of Cu/Cr/Nb(001) upon a A12O3 (1102) substrate was analysed before and after
annealing at 175°C and 375°C employing anomalous x-ray scattering. The RMS rough
ness of the Co/Cu interface is about the saure as for the upper Co interface (~5 Ä)
and a certain amount of vertical correlation of these interfaces is obvious from the
diffuse x-ray scattering. The multilayer structure hardly changes after annealing at the
aforementioned temperatures, since almost no change in the specular and diffuse x-ray
scattering was observed.
Several Co/Cu/Co(001) Sandwich structures with interlayer thicknesses between 10
and 60 Ä were prepared an a 2000 Ä thick Cu(001) Buffer an Si(001) at RT . The surface
of the Cu(001) Buffer has a RMS roughness of about 15 Ä, a lateral correlation langth
of a few hundred Ä and a roughness exponent about 0 .7. The surface structures of
thereupon grown Co/Cu/Co(001) layers replicate this morphology to a rather high extent
which is evident from a strong vertical correlation following from the x-ray diffuse
scattering .
X-ray reflectivity measurements were done to analyse the vertical layer structure
of Co/A1203/NiFe TMR multilayers whose oxide barrier was prepared by UV light
assisted oxidation. Several samples with oxidation times of 1, 2, 4, 8 and 16 minutes
were measured . The structural properties of the oxide layer was partly determined only
with low sensitivity, i. e . large uncertaincy and no correlation between the oxidation
time and the morphology of the oxide layer whose thickness lies roughly between 10
and 20 Ä could evidently be shown.
The architecture of a Co/A1203 /Co Sandwich structure was systematically analysed
by x-ray reflectivity of several samples with an increasing number of layers . Due to a
systematic mismatch which remained between data and modell calculations the results
represent only rough estimates an the vertical layer structure and are in approximate
agreement with the prepared layer thicknesses .
Babik, Waldemar
Grenzflächenmorphologie von GMR- und TMR-Schichtsystemen
VIII, 168 S., 2003
Die Grenzflächenmorphologie von Schichtsystemen, die hinsichtlich des GMR- und
TMR-Effektes von Bedeutung sind, wurden mittels Röntgenreflektivität und diffuser
Streuung untersucht .
The interface morphology of multilayer structures which are significant for the GMR
and TMR effect was investigated by x-ray reflectivity and diffuse scattering .
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