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Thermische Stabilität und Reaktion metallischer Multilagen

dc.contributor.advisorSchmitz, Guido Prof. Dr.de
dc.contributor.authorEne, Constantin Buzaude
dc.date.accessioned2008-01-15T15:30:16Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T13:35:03Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:08Zde
dc.date.issued2008-01-15de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B464-6de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2752
dc.description.abstractIn dieser Arbeit wurden nanoskalige Cu/Py (Py-Permalloy-Ni79Fe21) und Al/Cu Schichtsysteme, welche relevant in moderne elektronische Anwendungen sind, erfolgreich hinsichtlich ihrer thermischen Stabilität, der Frühstadien der Interreaktion und des Spannungseinflusses auf die Diffusion untersucht. Das Cu/Py Schichtsystem, welches den Riesen-Magneto-Widerstands (GMR) Effekt zeigt, wurde mikroskopisch in einem großen Temperaturbereich mit der Atomsonden Tomographie analysiert. Im Gegensatz zur gängigen Vermutung, dass eine Zerstörung der Lagenstruktur die Ursache für das Zusammenbrechen des GMR Effektes bei Temperaturen oberhalb von 250°C ist, zeigt die Nano-Analyse eine stabile Multilagen Geometrie bis zu 500°C. Der Zusammenbruch des GMR Effektes im Cu/Py System ist stattdessen auf eine entlang der Grenzfläche homogene, kurzreichweitige Interdiffusion auf einer Längenskala von ungefähr 1 nm zurückzuführen. Die Temperaturabhängigkeit der Durchmischung wird dabei sehr gut durch das Cahn-Hilliard Grenzflächengleichgewichtsmodell erklärt. Bei der Untersuchung der Frühstadien der Interreaktion an Al/Cu/Al sowie Cu/Al/Cu Schichtsystemen wurde die direkte Bildung einer Produktphase ohne vorherige Interdiffusion gefunden. Der Existenzbereich der Produktphase lag bei 7.5 at.% um die Al2Cu (θ) Phase. Bemerkenswerterweise wurde eine signifikante Asymmetrie der Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stapelfolge der einzelnen Schichten beobachtet. Die Dicke der Reaktionsprodukte an den beiden Grenzflächen zeigt jeweils ein parabolisches Wachstumsverhalten, jedoch mit unterschiedlicher Rate. Die Asymmetrie in der Reaktionsrate kann durch die starke Krümmung der verwendeten Wolframsubstrate, welche das Auftreten lokal stark variierender mechanischer Spannungen während der Festkörperreaktion zur Folge hat, erklärt werden. Als alternativer Erklärungsansatz wird der Einfluss der Laplace Spannung auf die Reaktionsrate diskutiert.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleThermische Stabilität und Reaktion metallischer Multilagende
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedThermal stability and reaction of metallic multilayersde
dc.contributor.refereeKirchheim, Reiner Prof. Dr.de
dc.date.examination2007-12-19de
dc.subject.dnb530 Physikde
dc.description.abstractengIn this work nano-scaled Cu/Py (Py-Permalloy-Ni79Fe21 and Al/Cu thin films, required by modern electronic applications, were successfully investigated regarding their thermal stability, the early interreaction stages and stress influence on diffusion, respectively. The Cu/Py multilayer system exhibiting Giant Magneto Resistance effect (GMR) was microscopically analyzed over a large temperature range using atom probe tomography (APT) which provides an outstanding spatial resolution. Contrary to the usual presumption that a destroyed layered geometry is the cause of the vanishing GMR effect, the nano analysis shows remarkably stable layered geometry up to 500°C although annealing at temperatures higher than 250°C already leads to the loss of the GMR effect. According to the nano analysis, the low temperature breakdown of the GMR effect in Cu/Py systems is related to the short range intermixing at the interfaces on a width of about 1 nm. This intermixing takes place homogeneously along the interfaces after annealing at temperatures of 250°C and slightly above, without destruction of the clear layered structure. The degree of intermixing is very well explained by the interface equilibrium Cahn-Hilliard model. The early stage interreaction in Al/Cu sandwich type thin films showed no precursory interdiffusion, but direct formation of a layer of a single reaction product with a 7.5 at.% existence range around the Al2Cu (θ) phase composition. Remarkably, a significant asymmetry in the reaction rate with the stacking sequence of the materials was found. The reaction product thicknesses at the two interfaces develop parabolically in time, though with different rates. This was explained as a particularity of the tip shaped tungsten substrates which enables stress development during the solid state reaction and by stress development due to Laplace tension.de
dc.contributor.coRefereeSchmitz, Guido Prof. Dr.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.germetallische Multilagende
dc.subject.gerRiesen-Magneto-Widerstandde
dc.subject.gerGMRde
dc.subject.gerDiffusionde
dc.subject.gerMikrostrukturde
dc.subject.gerLaplace Spannungde
dc.subject.gerAtomsonde Tomographiede
dc.subject.gerTEMde
dc.subject.gerFocused Ion Beamde
dc.subject.engmetallic multilayersde
dc.subject.engGiant Magneto-Resistancede
dc.subject.engGMRde
dc.subject.engdiffusionde
dc.subject.engmicrostructurede
dc.subject.engLaplace tensionde
dc.subject.engAtom Probe Tomographyde
dc.subject.engTEMde
dc.subject.engFocused Ion Beamde
dc.subject.bk33.16de
dc.subject.bk33.75de
dc.subject.bk51.10de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1669-8de
dc.identifier.purlwebdoc-1669de
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.subject.gokfullRVC 850: Transporteigenschaftende
dc.subject.gokfullDiffusion {Physik: Kristalline Festkörper: Thermische Eigenschaften}de
dc.subject.gokfullRVS 100: Atomistische Struktur von Metallen und Legierungen {Physik}de
dc.subject.gokfullRVS 400: Thermodynamik von Metallen und Legierungen {Physik}de
dc.subject.gokfullRVS 500: Diffusion {Physik: Thermodynamik von Metallen und Legierungen}de
dc.identifier.ppn61789647Xde


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