Quy trỡnh chế tạo mẫu màng mỏng bao gồm cỏc bước từ chuẩn bị đế, phỳn xạ màng cỏch bố trớ và quy trỡnh cụ thể trong chế tạo, xỏc định độ dày cỏc mẫu (tốc độ lắng đọng màng) được mụ tả dưới đõy.
* Chuẩn bị đế (substrate)
Màng mỏng được nghiờn cứu trong luận ỏn được chế tạo trờn đế Si đĩ được ụxi
húa một lớp SiO2 (cú chiều dày 500 ữ 1000 nm) dày 1,0 mm, kớch thước 1,2ì1,2 cm2.
Trước khi phỳn xạ, đế được làm sạch khỏi bụi bẩn hữu cơ bỏm trờn bề mặt của đế bằng phương phỏp rửa siờu õm, đảm bảo sự bỏm dớnh của màng trờn bề mặt đế.
* Phỳn xạ màng
Cỏc lớp màng mỏng khỏc nhau trong cỏc cấu trỳc màng khỏc nhau bao gồm màng hai lớp, ba lớp và màng cấu trỳc van-spin được nghiờn cứu trong luận ỏn này được chế tạo sử dụng nguồn một chiều Magnetron với cụng suất phỳn xạ DC 30W, ỏp
suất cơ sở trong buồng phỳn xạ được giữ ở dưới 1,710-7 Torr, ỏp suất khớ Argon làm
việc là PAr = 310-3 Torr. Trong quỏ trỡnh chế tạo, để đảm bảo cho màng đồng nhất
trong suốt quỏ trỡnh chế tạo, đế giữ mẫu được quay trũn với tốc độ 20 vũng/phỳt.
Để tạo ra dị hướng đơn trục trờn cỏc màng hai lớp và ba lớp, trạng thỏi ghim tốt giữa lớp phản sắt từ và lớp sắt từ ghim trong cấu trỳc spin-van, trong suốt quỏ trỡnh chế tạo, mẫu được đặt trong một từ trường một chiều đồng nhất được tạo ra bởi hai thanh nam chõm v ĩnh cửu trong vựng khụng gian đặt mẫu nằm song song với mặt phẳng màng (xem Hỡnh 2.2). Từ trường này gõy ra một dị hướng từ trong cỏc lớp sắt từ tự do (FFM-Free Fero Magnetic) NiFe, lớp sắt từ bị ghim (PFM – Pinned FeroMagnetic) và định hướng phương ghim của lớp phản sắt từ (AFM - Anti Fero Magnetic) Ir-Mn, cú thể đảm bảo khả năng tạo ra một dị hướng đơn trục trong cấu trỳc từ đú. Cường độ từ trường được sử dụng đối với cỏc cấu trỳc màng nghiờn cứu khỏc nhau như sau:
Màng mỏng cú cấu trỳc hai lớp NiFe/IrMn: cường độ từ trường H = 100 Oe
Màng mỏng cú cấu trỳc 3 lớp NiFe/Cu/NiFe: cường độ từ trường H = 800 Oe
Màng mỏng cú cấu trỳc van-spin NiFe/Cu/NiFe/IrMn và
NiFe/Cu/CoFe/IrMn: cường độ từ trường H = 400 Oe
Hỡnh 2.2. Ảnh chụp hệ giữ mẫu cú từ trường sử dụng trong quỏ trỡnh chế tạo màng.
Hỡnh 2.3. Ảnh chụp khảo sỏt chiều dày lớp vật liệu CoFe bằng thiết bị hiển vi điện tử quột độ phõn giải cao (FESEM).
Tốc độ lắng đọng của cỏc lớp được xỏc định thụng qua thời gian bốc bay và kết quả xỏc định chiều dày được thực hiện bằng phương phỏp chụp ảnh hiển vi điện tử quột độ phõn giải cao (FESEM) trờn mặt cắt ngang của cỏc màng đơn lớp được phỳn xạ với thời gian khỏc được chế tạo dựng làm mẫu chuẩn. Trờn Hỡnh 2.3 là kết
quả ảnh chụp FESEM điển hỡnh trờn mặt cắt của mẫu chuẩn. Sai số về chiều dày sử dụng phộp đo này vào khoảng 5%. Dựa vào cỏc kết quả phõn tớch này, tốc độ lắng đọng màng của cỏc vật liệu khỏc nhau đĩ được tớnh toỏn (xe m Hỡnh 2.3 và Bảng 2.1). Căn cứ vào tốc độ phỳn xạ của mẫu chuẩn được khảo sỏt, chiều dày của cỏc lớp trong cấu trỳc màng đa lớp nghiờn cứu được điều khiển thụng qua điều khiển thời gian phỳn xạ [15]. Căn cứ vào tốc độ phỳn xạ của mẫu chuẩn được khảo sỏt, chiều dày của cỏc lớp trong cấu trỳc màng đa lớp nghiờn cứu được điều khiển thụng qua điều khiển thời gian phỳn xạ. Chiều dày được tớnh toỏn được đỏnh giỏ khoảng 5% do sai số của phộp đo chiều dày FESEM.
Bảng 2.1. Biểu diễn tốc độ lắng đọng trung bỡnh của cỏc màng mỏng theo thời gian ở điều kiện phỳn xạ: Cụng suất 30 W; chõn k hụng làm việc 310-3 Torr.
Tờn màng mỏng Ta Cu NiFe Ir Mn
Tốc độ lắng đọng màng (Å/s) 0,67 0,60 0,62 1,00