Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1328
Main Title: Untersuchung der mechanischen und magnetischen Eigenschaften von Si-Fe 1-x Co x Multischichtsystemen
Translated Title: Investigation of mechanical and magnetic properties of Si-Fe 1-x Co x multilayer systems
Author(s): Teichert, Anke
Advisor(s): Mezei, Ferenc
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die mechanischen und magnetischen Eigenschaften von Si-Fe90Co10 und Si-Fe Multischichtsystemen untersucht, die in der Neutronenoptik wichtige Anwendungen finden. Ziel dieser Arbeit war es, den Streß für verschiedene Multischichtsysteme durch Einstellen der Sputterparameter zu minimieren und gleichzeitig die gewünschten Werte für die Neutronenreflektivität, Remanenz oder Koerzivität in den Schichten erzielt werden können. Vom besonderen Interesse waren bestimmte aperiodische Multischichtsysteme, die Neutronensuperspiegel, mit hohen Schichtzahlen. In diesen erhöht sich mit zunehmender Anzahl der Schichten der Streß, der sich während des Schichtwachstums entwickelt. Ist dieser zu hoch, kommt es zu einem Abplatzen der Schichten oder zu einer Verbiegung der Substrate. Die zwei untersuchten Multischichtsysteme unterschieden sich hinsichtlich ihres Streulängendichte-Kontrastes (SLD-Kontrast). Der Vorteil des Si-Fe90Co10 Systems ist, daß durch die Angleichung der SLD für die spin down Komponente der Neutronen kein Kontrastunterschied besteht und somit nur die spin up Komponente der Neutronen reflektiert wird. Im Si-Fe System besteht dem gegenüber ein höherer SLD-Kontrast für die spin up Neutronen. Die in der Arbeit untersuchten Einzelschichten, periodischen und aperiodischen Multischichtsysteme auf Floatglas und Si-Streifen wurden an einer Triodensputteranlage hergestellt. Insgesamt wurden an der Anlage mehrere Sputterparameter, wie die Substrathalterspannung (Bias-Spannung), der Argondruck, die Targetspannung und der Targetstrom variiert. Die Charakterisierung der hergestellten Proben erfolgte anschließend mittels Röntgen- und polarisierter Neutronenreflektometrie. Zur Bestimmung der Eigenspannung in den Schichten wurde die Durchbiegung der Proben vor und nach dem Sputterprozeß mit einem Profilometer gemessen. Insgesamt zeigte sich, daß durch Einstellen der optimalen Sputterparameter an unserer Anlage die gewünschten Eigenschaften erzielt werden konnten. Einen minimalen Streß besaßen die Schichten bei Substrathalterspannungen zwischen 30 und 40 V. Eine Zunahme des positiven bzw. tensilen Stresses konnte mit Erhöhung der positiven Bias-Spannung, des Targetstroms und der Targetspannung sowie bei Argondrücken über 1,1*10-3 mbar beobachtet werden. Ursache für den Streß ist die Art des Kristallwachstums in der aufwachsenden Schicht. Während in den Schichten mit großen Kristalliten der Streß kompressiv ist, war in den Schichten mit kleinen Körnern der Streß tensil. XRR-Vergleichmessungen zeigten, daß die Zwischenschichten (ZWS) im Si-Fe System dünner waren als im Si-FeCo System. Die minimale und maximale ZWS-Dicke pro Periode im Si-Fe Multischichtsystem betrugen 24 und 32 Å, während sich im Si-Fe System eine minimale und maximale ZWS-Dicke von 25 und 37 Å bildete. Eine Erhöhung der Bias-Spannung, des Argondruckes oder der Targetspannung führten zu einer Zunahme der ZWS-Dicken. Die von uns in der Arbeit untersuchten Superspiegel erreichten bei Probenwinkeln von 0,80° bis 1,40° Reflektivitäten von 95 bis 78%. Einen Zusammenhang ergab sich zwischen dem Gitterabstand in (110) Richtung in den Fe(1-x)Co(x) Schichten und der Eigenspannung in den hergestellten Multischichten. Im streßfreien Zustand betrug der Netzebenenabstand dhkl 2,028 Å, welcher nahezu dem dhkl -Wert von alpha-Fe mit 2,027 Å entspricht.
In this work the mechanical and magnetic properties are investigated of Si-Fe90Co10 and Si-Fe multilayers which are used in the neutron optics. The aim was to optimize the residual stress in different multilayer systems by adjusting the sputter parameters, and simultaneously reach the desired values for the neutron reflectivity, remanence or coercivity in the layers. Especially interesting were certain aperiodic multilayer systems, the neutron supermirrors, with large number of layers. The high stress which normally develops in these systems during the growth leads to peeling off of films from the substrate or to a bending of the substrate. The two investigated multilayer systems differ with respect to their contrast in scattering length density (SLD). The advantage of the Si-Fe90Co10 systems is that by the perfect adjust-ment of the SLD for the spin down neutrons no a contrast exists and only the spin up neutrons are reflected. The advantage of the Si-Fe system is a higher SLD contrast for the spin up neutrons. In this work we investigated single layers, periodic and aperiodic multilayers sputtered onto float glass and Si stripes in a triode sputter machine. Sputter parameters like the substrate holder voltage (bias voltage), the argon pressure, the target voltage and the target current were varied. Afterwards the samples were characterized by x-ray and polarised neutron reflectometry. For the calculation of the stress the bending of the samples before and after the sputter process was measured. It is shown that by adjusting the sputter parameters on this machine the desired properties can be achieved. The stress was minimal at bias voltages between 30 and 40 V. An increase of positive and tensile stress respectively was observed with higher positive bias voltage, target current and target voltage as well as argon pressures above 1,1*10-3 mbar. The cause of the stress is the kind of the crystal growth in the growing layers. The stress was compressive in the layers with large crystallites and tensile in the layers with small grains. XRR measurements showed that the interface layer thickness in the Si-Fe system was smaller than in the Si-FeCo system. The minimal and maximal interface layer thickness per period in the Si-Fe multilayer system were 24 and 32 Å and in the Si-FeCo system 25 and 37 Å. An increase of bias voltage, argon pressure or target voltage lead to larger interface layer thick-nesses. The prepared supermirrors show at sample angles from 0,80° to 1,40° a reflectivity from 95 to 78%. As expected, there is a correlation between the lattice parameter in the (110) direction in the Fe(1-x)Co(x) layers and the stress in the multilayers: the lattice parameter dhkl was 2,028 Å in the non-stress state, very close to the dhkl value of alpha-Fe with 2,027 Å.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-12279
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1625
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1328
Exam Date: 16-Aug-2005
Issue Date: 29-Mar-2006
Date Available: 29-Mar-2006
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Eigenspannung
Neutronen
Si-FeCo Multischichtsysteme
Sputtern
Neutrons
Residual stress
Si-FeCo multilayers
Triode sputtering
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