Анотація до роботи:

Хурсенко С.М. Структура, електро- та магніторезистивні властивості тонких плівок мідно-нікелевих сплавів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Сумський державний університет, Суми, 2008.

Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структурно-фазового стану, поведінки електрофізичних (питомий опір і ТКО), магніторезистивних та магнітних (магнітоопір, коерцитивна сила та точка Кюрі) властивостей плівкових сплавів Ni-Cu в інтервалі товщин d = (1-200) нм, концентрацій компонент 0 < C_Cu <100 ат.% та температур Т = (100-700) К.

Показано, що формування ГЦК-сплаву Ni-Cu відбувається на підкладці безпосередньо у процесі одночасної конденсації компонент. Для структурно-суцільних термостабілізованих плівок сплаву залежно від концентрації компонент параметр кристалічної решітки становить а = (0,353-0,362) нм. Дослідження фазового складу та кристалічної структури надтонких плівкових зразків дозволили встановити механізми формування сплаву Ni-Cu на початкових стадіях росту. Показано, що у плівках сплавів Ni-Cu з ефективними товщинами d < 10 нм, отриманих на аморфних підкладках при температурі Т = 300 К, спостерігається острівцева структура з середнім розміром острівців (1,5-2) нм (невідпалені зразки) та до 20 нм (відпалені зразки) залежно від товщини.

Експериментально визначено вплив концентраційних ефектів на хід температурних залежностей питомого опору. У структурно-суцільних плівках Ni-Cu у процесі термостабілізуючого відпалювання до 700 К при С_Ni > 60 ат.% залежність r(Т) є квадратичною, а при С_Ni < 45 ат.% – лінійною.

Запропоновано співвідношення для визначення ТКО плівкових сплавів і проведено розрахунок значень ТКО для плівок Ni-Cu. Показано, що розраховані значення ТКО узгоджуються з експериментальними, що робить це співвідношення придатним для прогнозування величини ТКО у плівках бінарних сплавів.

Оцінка параметрів електроперенесення у плівках Ni-Cu на основі лінеаризованої, ізотропної та тривимірної моделей Тельє-Тоссе-Пішар показала, що дані моделі розмірних ефектів (розроблені для однокомпонентних металевих плівок) можуть бути використані і для оцінки параметрів електроперенесення у плівках бінарних сплавів при невеликих (до 20 ат.%) концентраціях однієї з компонент.

Дослідження гальваномагнітних та магнітних властивостей тонких плівок сплавів Ni-Cu виявило суттєвий вплив на них умов отримання, термомагнітної обробки та елементного складу. Термостабілізуюче відпалювання зразків у зовнішньому постійному магнітному полі з Н = 8 кА/м приводить до збільшення величини магнітоопору у 2,5-3,5 раза та зменшення приблизно у 10 разів величини поля насичення залежності R(Н)/R₀. При Т = 300 К гістерезис магнітоопору спостерігається у структурно-суцільних плівках сплавів усіх досліджених товщин при концентраціях Cu менше 35 ат.%.

1. Вивчення структурно-фазового та елементного складу плівкових сплавів методами електронографії, вторинно-іонної мас-спектрометрії, рентгенівського мікроаналізу та просвічуючої електронної мікроскопії дозволило встановити наступне:

формування ГЦК-сплаву Ni-Cu у всьому інтервалі товщин відбувається на підкладці безпосередньо у процесі одночасної конденсації компонент; для структурно-суцільних термостабілізованих плівок ГЦК-сплаву залежно від концентрації компонент параметр кристалічної решітки становить а = (0,353-0,362) нм відповідно до правила Вегарда;

вперше показано, що у плівках сплавів Ni-Cu з ефективними товщинами d < 10 нм, отриманих на аморфних підкладках при температурі Т = 300 К, спостерігається острівцева структура з середнім розміром острівців (1,5-2) нм (невідпалені зразки) та до 20 нм (відпалені зразки) залежно від ефективної товщини;

проведений порівняльний аналіз результатів розрахункового методу визначення концентрації компонент плівкового сплаву з результатами рентгенівського мікроаналізу показав, що в області товщин d < 100 нм розбіжність становить ~ 10%, знижуючись до 1-3% при d > 100 нм.

2. Експериментально показано, що у плівкових сплавах Ni-Cu на хід температурних залежностей питомого опору та ТКО впливають концентраційні ефекти. Так, особливості при температурі Кюрі на температурних залежностях електрофізичних властивостей в інтервалі температур (100-700) К можуть проявлятися чітко, бути розмитими або зовсім зникати залежно від концентрації компонент; у структурно-суцільних плівках Ni-Cu у процесі термостабілізуючого відпалювання до 700 К при С_Ni > 60 ат.% залежність r(Т) ~ Т², а при С_Ni < 45 ат.% залежність r(Т) ~ Т.

3. Проведена оцінка параметрів електроперенесення у тонких плівках сплаву
   Ni-Cu на основі лінеаризованої, ізотропної та тривимірної моделей Тельє-Тоссе-Пішар; показано, що дані моделі розмірних ефектів можуть бути використані для оцінки параметрів електроперенесення у плівкових бінарних сплавах з необмеженою розчинністю компонент (в області концентрацій легуючої компоненти до 20 ат.%).

4. На основі запропонованого співвідношення для визначення ТКО плівкових сплавів проведено розрахунок значень ТКО плівок Ni-Cu. Показано, що розраховані значення ТКО узгоджуються з експериментальними результатами з точністю до 25 %, що робить співвідношення придатним для прогнозу величини ТКО у плівкових бінарних сплавах.

5. Вивчення впливу умов отримання, термомагнітної обробки та елементного складу на магнітні властивості (магнітоопір і величину коерцитивної сили) тонких плівок сплавів Ni-Cu дозволило встановити такі закономірності:

при кімнатній температурі гістерезис магнітоопору спостерігається у структурно-суцільних плівках сплавів Ni-Cu усіх товщин при C_Cu < 35 ат.%, що дозволяє робити висновок про наявність у таких об’єктах доменної структури;

у плівкових зразках сплавів, які пройшли термостабілізуюче відпалювання у постійному магнітному полі напруженістю Н = 8 кА/м (100 Ое), порівняно із зразками, термостабілізованими без впливу магнітного поля, гістерезисні явища магнітоопору проявляються більш чітко, величина R_max/R₀ досягає у 2,5-3,5 раза більших значень, а насичення залежності R(Н)/R₀ досягається у магнітних полях, напруженість яких менша приблизно у 10 разів.

Публікації автора:

1. Loboda V.B., Pirogova S.N., Saltykova A.I. Effect of substrate temperature on crystalline structure and galvanomagnetic characteristics of Ni-Cu alloy thin films // Functional Materials. – 2006. – Vol. 13, № 1. – P. 95-99.

2. Лобода В.Б., Хурсенко С.Н. Кристаллическая структура и электропроводность сверхтонких пленок сплава Ni-Cu // ЖЭТФ. – 2006. – Т. 130, № 5(11). – С. 911-916.

3. Лобода В.Б., Пирогова С.М., Проценко C.І. Структура та електрофізичні властивості плівок сплаву Ni-Cu в температурному інтервалі 300-700 К // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2001. – № 3(24)-4(25). – С. 74-83.

4. Лобода В.Б., Пирогова С.М., Шкурдода Ю.О. Структура та гальваномагнітні властивості плівок Ni // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2002. – № 13(46). – С. 150-158.

5. Лобода В.Б., Пирогова С.Н., Шкурдода Ю.А. Электропроводность тонких пленок Ni и сплавов Ni-Cu в слабых магнитных полях в интервале температур 100-700 К // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2003. – № 10(56). – С. 89-100.

6. Лобода В.Б., Пирогова С.Н., Шкурдода Ю.А. Магнитосопротивление тонких пленок сплавов Ni-Cu // Тонкие пленки в оптике и электронике. – Харьков: ННЦ ХФТИ. – 2003. – С. 225-229.

7. Loboda V.B., Pirogova S.N., Saltykova A.I. Structure and spectrum of lattice defects in films of Ni-Cu alloys // Materials of International Conference „Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams”. – Feodosia. – 2001. – P. 55.

8. Лобода В.Б., Пирогова С.М., Шкурдода Ю.О. Структура та гальваномагнітні властивості тонких плівок сплавів Ni-Cu // Матеріали ІХ Міжнародної конференції „Фізика і технологія тонких плівок”. – Івано-Франківськ: Місто НВ. – 2003. – Т. 2. – С. 157-158.

9. Пирогова С.М., Пігуль О.В., Максименко Т.М. Вплив температури відпалення на магнітоопір тонких плівок сплавів Ni-Cu // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ. – Суми: СумДУ. – 2003. – С. 117-119.

10. Лобода В.Б., Хурсенко С.М. Вплив товщини на питомий опір тонких плівок сплаву Ni-Cu // Матеріали Міжнародної конференція cтудентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики „Еврика”. – Львів: ЛНУ ім. Івана Франка. – 2007. – С. B18.