C.4 Influences de la temp´erature de d´epˆ ot

B. D La Calorimétrie Différentielle à Balayage

I. C.4 Influences de la temp´erature de d´epˆ ot

Au paragraphe précédent, nous avons brièvement comparé les résultats de

l’in-fluence de la température de recuit sur la coercivité pour des échantillons élaborés

en contrôlant ou non la température de dépôt. Dans ce paragraphe, nous présentons

plus spécifiquement les résultats de l’influence de cette température de dépôt.

Cette étude a concerné quatre échantillons dénommésE116,E120,E121 etE122,

sur le tableauI.10sont données la composition, l’épaisseur ainsi que la température

de dépôt96 de chacun de ces échantillons.

Table I.10 – Composition chimique, épaisseur et température de dépôt des quatre

échantillons prélevés aux mêmes endroits sur le substrat.

E

116

E

120

E

121

E

122

Fe [at%] 45.7±0.49 45.32±0.49 45.65±0.47 46.22±0.5

Pt [at%] 45.02±1.58 45.71±1.62 45.61±1.58 46.29±1.61

Cu [at%] 9.28±0.49 8.97±0.13 8.73±0.13 7.48±0.11

e [µm] 2.87 3 2.48 2.7

T

sub

[°C] RT 400 500 600

La figure I.63 regroupe les r´esultats de caract´erisations structurales et

ma-gn´etiques obtenus pour cette ´etude. La figure I.63(a) illustre les diagrammes de

diffraction X mesurés et calculés (par analyse Rietveld) ainsi que l’évolution des

paramètres de maille de ces quatre échantillons. Dans le cas d’un dépôt effectué

sans contrôle de la température (dépôt à froid), on constate que l’échantillonE₁₁₆

cristallise dans la phase A1, comme en t´emoigne la seule pr´esence des raies

fon-damentales de cette phase sur le diffractogramme correspondant. Pour des d´epˆots

effectués avec un contrôle de la température (dépôt à chaud), on voit apparaitre

les raies de surstructure, en plus des raies fondamentales, avec des intensit´es qui

Room Temp 400°C 500°C 600°C 3,65 3,70 3,75 3,80 3,85 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 20 40 60 80 100 120 140 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 T Substrate 600°C 500°C 400°C RT I n t e n s i t y ( a r b . u n i t s ) 2 (degree) Calcul Deposition Temperature a lattice c lattice ratio c/a l a t t i c e p a r a m e t e r s ( Å ) c / a r a t i o

(a) Diffractogrammes et param`etres de maille avec la temp´erature du substrat

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -0,8 -0,4 0,0 0,4 0,8 T Substrate RT 400°C 500°C 600°C µ 0 H [T] M / M 8 T

(b) Cycles d’aimantation avec la temp´erature du substrat

Figure I.63 –(a) : Spectres de diffraction de rayons X exp´erimentaux et calcul´es

obte-nus dans l’état brut pour différentes températures de dépôt, en insertion sur ce graphique

est illustré l’évolution des paramètres de maille déduite du calcul en fonction de la

tempé-rature de dépôt. (b) : Cycles d’aimantation dans l’état brut en fonction de la tempétempé-rature

de dépôt. (RT désigne le dêpot sans contrôle de la température – Tsubstrat≤257°C –)

Room Temp 400°C 500°C 600°C 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Order Parameter Coercivity Deposition Temperature S µ 0 H C [ T ]

Figure I.64 – _{Evolutions du param`etre d’ordre et de la coercivit´e en fonction de la}´

température de dépôt. Le paramètre d’ordre est évalué en comparant les intensités intégrées

des pics de surstructure et fondementaux.

t´emoignent de l’importante am´elioration de la mise en ordre chimique pour une

température de dépôt supérieure ou égale à 400°C. En considérant que les quatre

échantillons sont chimiquement équivalents, l’évolution des paramètres de maille

avec la température de dépôt est assez représentative du processus de modification

de la maille primitive lors du passage de la phase A1 `a la phase L1₀. En effet, en

notant ∆̺₍_T1_→_T2₎ la variation du param`etre ̺ (a ou c) entre les temp´eratures de

d´epˆotT₁ etT₂, on observe que ∆a₍_RT_→₄₀₀°C)et ∆c₍_RT_→₄₀₀°C)sont respectivement

de 1.13% et 3.6% et que ∆a₍₄₀₀°C→600°C) = 0.15% et ∆c₍₄₀₀°C→600°C)= 0.5%, d’o`u

une variation discontinue de l’évolution du rapportc/a, qui résulte de la différence

des param`etres de maille entre la phase A1 et la phase L1₀. La variation de ce

rapport avec l’augmentation de la température de dépôt illustre l’amélioration de

l’ordre cristallographique. Sur la figure I.63(b) sont repr´esent´es les cycles

d’ai-mantation obtenus dans l’état brut en fonction de la température de dépôt, on

constate sans surprise un accord entre les r´esultats de caract´erisations structurales

et magnétiques, à savoir que l’échantillon E₁₁₆ présente uniquement une phase

douce dans l’état brut, alors qu’à l’opposé les échantillonsE120,E121 etE122

pr´e-sentent uniquement une phase dure au niveau de leurs cycles d’aimantation dans

l’état brut. Les coercivités obtenues, après les dépôts à chaud, dans l’état brut sont

sensiblement identiques, comme on peut le voir sur la figureI.64o`u est ´egalement

représentée l’évolution du paramètre d’ordre⁹⁷ avec la température de dépôt dans

l’unique but de comparer sa variation avec celle de la coercivit´e. Farrow et al. [72]

qui ont effectué une étude similaire, depuis une température de T_dep= 100°C, ont

97. Le paramètre d’ordre, déterminé par comparaison des intensités intégrées (§I.A.2.b),

a été évalué en considérant que la proportion de Cu est constante dans les trois échantillons.

(a) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub = 400°C

(b) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub= 500°C

(c) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub= 600°C

Figure I.65 – Caractérisation morphologique de l’état de surface des échantillons par

microscopie électronique à balayage pour les différentes températures de dépôt, en insertion

sont représentés les images obtenues par caractérisation AFM sur des scan de 2µm.

Signal = InLens

Signal = SE2

1µm

200 nm

(a) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub=RT

1µm

100 nm

Signal = SE2

Signal = InLens

(b) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 400°C

1µm

100 nm

Signal = InLens Signal = SE2

(c) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 500°C

1µm

100 nm

Signal = InLens

Signal = SE2 Signal = ESB

(d) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 600°C

Figure I.66 –Visualisations MEB de la tranche des ´echantillons. Le signalSE2

corres-pond `a des contrastes topographiques, le signalESBcorrespond `a des contrastes chimiques

et le signalIn-lens correspond `a des contrastes topographiques et chimiques.

Room Temp 400°C 500°C 600°C 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Scherrer (Grain size) Roughness(R pv ) Deposition Temperature S c h e r r e r [ Å ] 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 R p v R o u g h n e s s [ Å ]

Figure I.67 – _{Evolution de la taille des grains par utilisation de l’´equation de Scherrer}´

et évolution de la rugosité de surfaces pour les différentes températures de dépôt.

montré que le paramètre d’ordre augmente avec la température de dépôt et est

maximum pour T_dep= 500°C, ce qui en tenant compte des barres d’erreurs est en

accord avec nos résultats, car on observe que la coercivité après le dépôt à 600°C

n’augmente pas et est en réalité∼10% plus faible que celle obtenue après le dépôt

`

a 500°C. Une caract´erisation structurale par microscopie ´electronique et par AFM

a été effectuée pour les différentes températures de dépôt. Les résultats obtenus,

sont pr´esent´es sur les figures I.65 & I.66. La figure I.65 montre des modifications

importantes et progressives de l’´etat de surface des ´echantillons avec la

tempéra-ture de dépôt. Cependant cette augmentation de la rugosité n’est pas accompagnée

d’un d´eveloppement identique de la taille des grains. En effet, la comparaison de

l’´evolution de la taille des grains d´eduite des diagrammes de diffraction, par

utilisa-tion de l’équautilisa-tion de Scherrer, et de l’évoluutilisa-tion de la rugosité déduite des mesures

AFM, présentée sur la figureI.67, montre que la rugosité croˆıt de manière continue

avec la température de dépôt, alors que l’évolution de la taille des grains semble

saturer aux alentours de 40nm. Cette ´evolution est en tr`es bon accord avec les

r´esultats de Martins et al. [272], qui observent des tailles de grains de 16nm et de

39nm respectivement après des dépôts à froid (T

= RT) et des dépôts à chaud

(T

= 600°C) sur des couches de FePt de 100±5nm d’épaisseur, déposées sur du

SiO₂/Si et comportant 51±2[at%]Fe. Les sections droites (vues sur la tranche)

des échantillons (Fig. I.66) montrent également une évolution de la morphologie

des grains avec la température de dépôt, qui est cependant moindre que celle de la

rugosité de surface. Dans le cas du dépôt à froid (Fig.I.66(a)) le zoom effectué à

l’interface Ta/FePt semble montrer une croissance en structure colonnaire

(crois-sance à deux dimensions) de manière similaire à celle observée précédemment (Fig.

I.62(a)) avec cependant des grains encore plus fins, tandis que les dépôts à chaud

(Fig.I.66(b) àI.66(d)) révèlent clairement des structures de grains equiaxes.

Dans le document Matériaux magnétiques en couches. Etudes des systèmes FePt et FeRh (Page 114-120)

C.4 Influences de la temp´erature de d´epˆ ot

B. D La Calorimétrie Différentielle à Balayage

I. C.4 Influences de la temp´erature de d´epˆ ot

Au paragraphe précédent, nous avons brièvement comparé les résultats de

l’in-fluence de la température de recuit sur la coercivité pour des échantillons élaborés

en contrôlant ou non la température de dépôt. Dans ce paragraphe, nous présentons

plus spécifiquement les résultats de l’influence de cette température de dépôt.

Cette étude a concerné quatre échantillons dénommésE116,E120,E121 etE122,

sur le tableauI.10sont données la composition, l’épaisseur ainsi que la température

de dépôt96 de chacun de ces échantillons.

Table I.10 – Composition chimique, épaisseur et température de dépôt des quatre

échantillons prélevés aux mêmes endroits sur le substrat.

E

E

E

E

Fe [at%] 45.7±0.49 45.32±0.49 45.65±0.47 46.22±0.5

Pt [at%] 45.02±1.58 45.71±1.62 45.61±1.58 46.29±1.61

Cu [at%] 9.28±0.49 8.97±0.13 8.73±0.13 7.48±0.11

e [µm] 2.87 3 2.48 2.7

T

[°C] RT 400 500 600

La figure I.63 regroupe les r´esultats de caract´erisations structurales et

ma-gn´etiques obtenus pour cette ´etude. La figure I.63(a) illustre les diagrammes de

diffraction X mesurés et calculés (par analyse Rietveld) ainsi que l’évolution des

paramètres de maille de ces quatre échantillons. Dans le cas d’un dépôt effectué

sans contrôle de la température (dépôt à froid), on constate que l’échantillonE116

cristallise dans la phase A1, comme en t´emoigne la seule pr´esence des raies

fon-damentales de cette phase sur le diffractogramme correspondant. Pour des d´epˆots

effectués avec un contrôle de la température (dépôt à chaud), on voit apparaitre

les raies de surstructure, en plus des raies fondamentales, avec des intensit´es qui

(a) Diffractogrammes et param`etres de maille avec la temp´erature du substrat

(b) Cycles d’aimantation avec la temp´erature du substrat

Figure I.63 –(a) : Spectres de diffraction de rayons X exp´erimentaux et calcul´es

obte-nus dans l’état brut pour différentes températures de dépôt, en insertion sur ce graphique

est illustré l’évolution des paramètres de maille déduite du calcul en fonction de la

tempé-rature de dépôt. (b) : Cycles d’aimantation dans l’état brut en fonction de la tempétempé-rature

de dépôt. (RT désigne le dêpot sans contrôle de la température – Tsubstrat≤257°C –)

Figure I.64 – Evolutions du param`etre d’ordre et de la coercivit´e en fonction de la´

température de dépôt. Le paramètre d’ordre est évalué en comparant les intensités intégrées

des pics de surstructure et fondementaux.

t´emoignent de l’importante am´elioration de la mise en ordre chimique pour une

température de dépôt supérieure ou égale à 400°C. En considérant que les quatre

échantillons sont chimiquement équivalents, l’évolution des paramètres de maille

avec la température de dépôt est assez représentative du processus de modification

de la maille primitive lors du passage de la phase A1 `a la phase L10. En effet, en

notant ∆̺(T1→T2) la variation du param`etre ̺ (a ou c) entre les temp´eratures de

d´epˆotT1 etT2, on observe que ∆a(RT→400°C)et ∆c(RT→400°C)sont respectivement

de 1.13% et 3.6% et que ∆a(400°C→600°C) = 0.15% et ∆c(400°C→600°C)= 0.5%, d’o`u

une variation discontinue de l’évolution du rapportc/a, qui résulte de la différence

des param`etres de maille entre la phase A1 et la phase L10. La variation de ce

rapport avec l’augmentation de la température de dépôt illustre l’amélioration de

l’ordre cristallographique. Sur la figure I.63(b) sont repr´esent´es les cycles

d’ai-mantation obtenus dans l’état brut en fonction de la température de dépôt, on

constate sans surprise un accord entre les r´esultats de caract´erisations structurales

et magnétiques, à savoir que l’échantillon E116 présente uniquement une phase

douce dans l’état brut, alors qu’à l’opposé les échantillonsE120,E121 etE122

pr´e-sentent uniquement une phase dure au niveau de leurs cycles d’aimantation dans

l’état brut. Les coercivités obtenues, après les dépôts à chaud, dans l’état brut sont

sensiblement identiques, comme on peut le voir sur la figureI.64o`u est ´egalement

représentée l’évolution du paramètre d’ordre97 avec la température de dépôt dans

l’unique but de comparer sa variation avec celle de la coercivit´e. Farrow et al. [72]

qui ont effectué une étude similaire, depuis une température de Tdep= 100°C, ont

97. Le paramètre d’ordre, déterminé par comparaison des intensités intégrées (§I.A.2.b),

a été évalué en considérant que la proportion de Cu est constante dans les trois échantillons.

(a) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub = 400°C

(b) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub= 500°C

(c) Vue en surface de l’échantillon déposé à TSub= 600°C

Figure I.65 – Caractérisation morphologique de l’état de surface des échantillons par

microscopie électronique à balayage pour les différentes températures de dépôt, en insertion

sont représentés les images obtenues par caractérisation AFM sur des scan de 2µm.

(a) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub=RT

(b) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 400°C

(c) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 500°C

(d) Vue en section de l’échantillon déposé à TSub= 600°C

Figure I.66 –Visualisations MEB de la tranche des ´echantillons. Le signalSE2

corres-pond `a des contrastes topographiques, le signalESBcorrespond `a des contrastes chimiques

et le signalIn-lens correspond `a des contrastes topographiques et chimiques.

Figure I.67 – Evolution de la taille des grains par utilisation de l’´equation de Scherrer´

et évolution de la rugosité de surfaces pour les différentes températures de dépôt.

sans contrôle de la température (dépôt à froid), on constate que l’échantillonE₁₁₆

Figure I.64 – _{Evolutions du param`etre d’ordre et de la coercivit´e en fonction de la}´

de la maille primitive lors du passage de la phase A1 `a la phase L1₀. En effet, en

notant ∆̺₍_T1_→_T2₎ la variation du param`etre ̺ (a ou c) entre les temp´eratures de

d´epˆotT₁ etT₂, on observe que ∆a₍_RT_→₄₀₀°C)et ∆c₍_RT_→₄₀₀°C)sont respectivement

de 1.13% et 3.6% et que ∆a₍₄₀₀°C→600°C) = 0.15% et ∆c₍₄₀₀°C→600°C)= 0.5%, d’o`u

des param`etres de maille entre la phase A1 et la phase L1₀. La variation de ce

et magnétiques, à savoir que l’échantillon E₁₁₆ présente uniquement une phase

représentée l’évolution du paramètre d’ordre⁹⁷ avec la température de dépôt dans

qui ont effectué une étude similaire, depuis une température de T_dep= 100°C, ont

Figure I.67 – _{Evolution de la taille des grains par utilisation de l’´equation de Scherrer}´

maximum pour T_dep= 500°C, ce qui en tenant compte des barres d’erreurs est en

SiO₂/Si et comportant 51±2[at%]Fe. Les sections droites (vues sur la tranche)