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Realizzazione di strutture sub-micrometriche e studio delle loro proprietà magnetiche

PATTERNED MAGNETIC FILMS: FABBRICAZIONE E CARATTERIZZAZIONE

- P. Candeloro -

Negli ultimi decenni è stato rivolto un grande interesse verso matrici di wire, dot e antidot magnetici, sia per le loro potenziali applicazioni nei mezzi di registrazione magnetica, sia per lo studio di fenomeni in sistemi a dimensionalità ridotta. Comunque l’impiego di micro- e nano-strutture nei mezzi di registrazione ad alta densità di dati e nelle RAM non volatili non è banale: le piccole dimensioni laterali delle “isole” magnetiche e la loro ridotta distanza accrescono l’interazione dipolare fra essi, influenzando le loro proprietà statiche e dinamiche. Inoltre, rispetto al caso di un film continuo, si hanno alcuni effetti nuovi dovuti al confinamento laterale delle strutture, come ad esempio la quantizzazione delle onde di spin. Questi ultimi effetti sono interessanti anche da un punto di vista fondamentale.
In questo lavoro sono usate tecniche litografiche, Electron Beam Lithography (EBL) e X-Ray Lithography (XRL), per preparare matrici di strutture magnetiche sub-micrometriche con diversi materiali e geometrie. In particolare, con la litografia elettronica (EBL) sono state preparate matrici di dot quadrati e antidot triangolari di Permalloy (Fe20Ni80) e maschere per raggi X, mentre queste ultime sono state usate nella litografia X (XRL) per lavorare un film di Nichel e un multistratoand Co-Au. L’uso combinato di EBL e XRL ci ha permesso di lavorare film spessi con buone risoluzioni laterali: le dimensioni dei dot vanno da 2micron a 250nm e le loro spaziature da 4micron a 100nm, mentre gli spessori sono compresi fra 100Å e 350Å; tutte le aree lavorate sono (1x1)mm^2. Per la litografia elettronica dei dot quadrati e triangolari è stato usato un resist negativo amplificato chimicamente (SAL601); poi il disegno ottenuto sul resist è stato trasferito sul Permalloy mediante ion-milling. Per la fabbricazione delle maschere per raggi X (sempre con litografia elettronica) sono state usate delle membrane di nitruro di Si (Si3N4) spesse 100nm, depositate su un wafer di Si da 300micron e coperte con un base-plating di Cr-Au: per la litografia è stato usato un resist positivo amplificato chimicamente (UV III) e le strutture di resist sono state sfruttate come maschera per la crescita elettrolitica di 350nm di oro, al fine di ottenere un buon contrasto nella litografia X. Quest’ultima è stata eseguita con uno spesso (800nm) strato di resist SAL601 e con un processo RIE (Reactive Ion Etching) il disegno è stato trasferito dal resist sul film di Nichel e sul multistrato Co-Au.
Le proprietà magnetiche dei campioni prodotti sono state studiate mediante Microscopia a Forza Magnetica (MFM), Brillouin Light Scattering (BLS) e Effetto Kerr Magneto-Ottico (MOKE). In alcuni casi (dot quadrati di Permalloy), le misure MFM mostrano chiaramente la configurazione a domini e la loro evoluzione durante un ciclo di isteresi, mettendo in evidenza una debole interazione dipolare fra i dot; inoltre le misure BLS permettono di osservare la quantizzazione del modo Damon-Eshbach delle onde di spin. Mediante BLS, in tutti gli altri casi, si ottiene il fattore di demgnetizzazione delle strutture e si trova un buon accordo con i valori teorici attesi. Nel caso del multistrato Co-Au, che ha magnetizzazione perpendicolare, il confinamento laterale dei dot contribuisce a spingere la magnetizzazione fuori dal piano del film e questo fatto è rilevato dalle misure BLS. Infine, in tutti i casi, il paragone fra le misure MOKE del film continuo e quelle dei film lavorati, mette in evidenza forti effetti dovuti al confinamento laterale: nei dot di Nichel l’anisotropia magnetica del film è totalmente modificata dall’anisotropia di forma, a tal punto che la direzione di facile magnetizzazione del film continuo diventa la direzione difficile nel caso delle strutture confinate.

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Introduzione Richard Feynmann, in un discorso per la conferenza annuale della Societa` di Fisica Amer- icana del 1959, illustrava come fosse teoricamente possibile scrivere i 24 volumi dell’Enci- clopedia Britannica sulla testa di uno spillo, a condizione che si creasse una ‘penna’ con cui scrivere caratteri 25 mila volte piu` piccoli di quelli di stampa. Egli fu il primo a ispirare ricerche sulle nanotecnologie e il suo discorso si e` rivelato profetico. Oggi infatti, la miniaturizzazione dei sistemi, oltre ad essere una realta` concreta, e`an- che una delle chiavi decisive che hanno permesso di raggiungere l’attuale stato tecnologico. Ad aprire la strada in questa direzione e` stata la micro-elettronica, i cui vantaggi sono stati tali da stimolare fortemente lo sviluppo dei processi di micro e nano-fabbricazione; seguen- do quest’esempio si sono poi sviluppate micro-ottica e micro-meccanica. La quantita`di dispostivi prodotti fornisce un’idea di quanto oggi sia importante la nano-fabbricazione: microprocessori, memorie RAM, chipset e in generale tutto cio` che si puo` racchiudere in un chip (come esempi di micro-elettronica); microspecchi, ologrammi per vari usi, lenti ultraleggere, ottiche diffrattive, lenti di Fresnel o Zone Plates per la focalizzazione di raggi X (micro-ottica); sensori fisici (come gli accelerometri contenuti negli airbag) e microuten- sili vari (micro-meccanica). Per quanto riguarda il campo delle nanostrutture magnetiche, durante l’ultimo decennio e` stato compiuto un notevole sforzo sia sperimentale che teorico versolostudiodifilm ultrasottili, multistrati e nanoparticelle disperse. Piu` di recente, tecniche litografiche come quelle ricordate sopra sono state impiegate con successo nella produzione di matrici ordinate di dot, antidot e fili magnetici. Questo ha aperto la strada per l’applicazione di questo tipo di strutture nel campo dei mezzi di registrazione ad alta densita`, delle memorie magnetiche random non volatili e dei sensori. Oltre alle applicazioni tecnologiche appena menzionate, negli ultimi anni la nanofabbri- i

Tesi di Laurea

Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Autore: Patrizio Candeloro Contatta »

Composta da 114 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 1461 click dal 20/03/2004.

 

Consultata integralmente 2 volte.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.

 

 

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