(100)立方晶単結晶基板上にエピタキシャル成長した3d強磁性遷移金属薄膜の構造解析 (磁気記録・情報ストレージ) Structural Characterization of 3d Ferromagnetic Transition Metal Thin Films Epitaxially Grown on (100)-Oriented Cubic Single-Crystal Substrates

この論文をさがす

著者

抄録

3d強磁性遷移金属(Fe,Co,Ni)およびこれらの合金の薄膜をMgO,SrTiO_3,および,GaAsの(100)単結晶基板上に形成し,RHEED,XRD,および,TEMにより成長機構および構造を調べた.いずれの基板上においても,bcc構造を持つFe,Fe_<65>Co_<35>,Fe_<50>Co_<50>,Fe_<80>Ni_<20> (at.%)膜が形成された.MgO基板上に300℃より高温でエピタキシャル成長したCo膜は,hep構造を持ち,(1120)が基板面と平行に配向した双晶から構成された.一方,100℃で形成したエピタキシャル膜は,hcp(1120)結晶に加え,fcc(100)結晶を含む混合結晶から構成された.MgO基板上に形成したCo_<80>Ni_<20>膜では,成長温度に関わらず,hcp(1120)およびfcc(100)の複合結晶が形成された. NiおよびNi_<80>Fe_<20>膜においても,fcc(100)結晶に加え,準安定なhcp(1120)結晶が形成された.膜厚の増加に伴い,hcp-Niおよびhcp-Ni_<80>Fe_<20>結晶は(0001)最密充填面のすべりにより安定なfcc(110)結晶に変態する傾向が認められた. SrTiO_3基板上にエピタキシャル成長したCo,Co_<80>Ni_<20>,Ni,および,Ni_<80>Fe_<20>膜はfee構造を持った.GaAs基板上におけるCo,Ni,および,Ni_<80>Fe_<20>膜の成長初期段階においては,準安定なbcc結晶がヘテロエピタキシャル成長により安定化された.しかしながら,膜厚の増加に伴い,準安定bcc結晶も{110}最密充填面のすべりにより安定なfcc結晶に変態した.MgO基板上にエピタキシャル成長した膜の歪は,格子ミスマッチが3〜17%と大きいにも関わらず,非常に小さいことがXRD解析により示された.ミスマッチを低減させるために,膜と基板の界面付近の膜中において,多くのミスフィット転位が導入されることが高分解能断面TEM観察により分かった.

Thin films of 3d ferromagnetic transition metals (Fe, Co, and Ni)and teir alloys are prepared on MgO, SrTiO_3,and GaAs single-crystal substrates of (100)orientation. The growth behavior and the structure are investigated by RHEED, XRD, and HR-TEM. Fe, Fe_<65>Co_<35>,Fe_<50>Co_<50>,and Fe_<80>Ni_<20> (at %)films with bcc structure are formed on all the substrates. Co films epitaxially grown on MgO substrates at temperatures higher than 300℃ consist of hcp(1120)bi-crystals, whereas a Co epitaxial film deposited at 100℃ involves an fcc(100)crystal in addition to hcp(1120)crystals. Co_<80>Ni_<20> films grown on MgO substrates consist of a mixture of hcp(1120)and fcc(100)crystals regardless of growth temperature. Ni and Ni_<80>Fe_<20> films grown on MgO substrates include not only fcc(100)but also hcp(1120)crystals which are metastable and stabilized through hetero-epitaxial growth. As the film thickness increases, the Ni and the Ni_<80>Fe_<20> crystals of hcp(1120)orientation tend to transform into more stable fee crystals of (110)orientation by atomic displacement parallel to the hcp(0001)close-packed plane. Co, Co_<80>Ni_<20>,Ni, and Ni_<80>Fe_<20> films with fee strueture grow epitaxially on SrTiO_3 substrates. Metastable bcc crystals nucleate i early stages of Co, Ni, and Ni_<80>Fe_<20> film growth on GaAs substrates. With increasing the thickness, the metastable bcc structure starts to transform into fee strueture through atomic displacement parallel to the bcc{110} close-packed planes. XRD indicates that the strains in films epitaxially grown on MgO substrates are very small though the lattice mismatches are as large as 3-17%. Cross-sectional HR-TEM shows that a lot of misfit dislocations are introduced in the films around film/substrate interfaces to reduce the mismatches.

収録刊行物

  • 電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112(452), 39-44, 2013-03-08

    一般社団法人電子情報通信学会

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    110009712672
  • NII書誌ID(NCID)
    AN10013050
  • 本文言語コード
    JPN
  • ISSN
    0913-5685
  • NDL 記事登録ID
    024409454
  • NDL 請求記号
    Z16-940
  • データ提供元
    NDL  NII-ELS 
ページトップへ