化学计量比 Co4N 薄膜的形成路径探索

在这项工作中，我们研究了化学计量比 \tcn~薄膜的形成路径。采用反应式直流磁控溅射（dcMS）技术制备了多晶和外延 \tcn~薄膜。在 dcMS 过程中对衬底温度（\Ts）进行系统性变化表明，晶格参数（LP）随 \Ts~升高而减小。我们发现当 \Ts~= 300\,K 时可以获得近乎化学计量比的 \tcn~薄膜。然而，它们是从 Co 靶（$\phi$3\,inch）的瞬态中浮现的。通过将靶尺寸减小到 $\phi$1\,inch，现在 \tcn~相的形成是从 Co 靶的金属态发生的。在这种情况下，\tcn~薄膜的 LP 为 \tcn~预期值的约 99\p。这是迄今为止发现的 \tcn~的最大 LP 值。将所获得的多晶 \tcn~形成路径用于生长外延 \tcn~薄膜，该薄膜在磁光克尔效应测量中显示出四重磁各向异性。使用二次离子质谱的详细表征表明，当 \Ts~甚至升高到 400\,K 时，N 会扩散出来。使用 X 射线光电子能谱和 X 射线吸收谱对电子结构的测量进一步证实了这一点。使用体磁化和极化中子反射率进行的磁化测量表明，化学计量比 \tcn~薄膜的饱和磁化强度甚至大于纯 Co。由于我们所有的测量都表明在 high \Ts 下生长 \tcn~薄膜时 N 可能扩散出来，我们在 CoN 样品中进行了实际的 N 自扩散测量，发现 N 自扩散确实显著更高。这项工作的结果清楚地表明，此前生长的 \tcn~薄膜始终缺 N，并且已经实现了形成化学计量比 \tcn~的路径。