Mathematische Beschreibung von I(2 θ )

5.3 XRD Untersuchungen von Pt/Co/Pt-Schichtsystemen des Reexes der θ-2θ-Messung (gestrichelte Linie) für diesen 2θ-Winkel entspricht.

Auf diese Weise kann demnach eine Verschiebung der 2θ-Position eines Si-Reexes des Einkristallsubstrats erklärt werden. Die Verschiebung der Pt- und Co-Reexe bei denχ -Variationsmessungen ist möglicherweise auf die selbe Ursache zurückzuführen. Allerdings ist die Breite in 2θ-Richtung der betrachteten Reexe gröÿer, was zu einer geringeren Verschiebung in 2θ-Richtung unter Variation von ω oder in diesem Fall χ führt. Auch die geringere Textur der Pt- und Co-Kristallite schwächt diese Verschiebung ab.

Eine alternative Möglichkeit, diese Verschiebung zu erklären, ist, dass sich durch die Drehung der Ω- und χ-Achse die Position der Probenmittelpunkts bezüglich der Rönt-genquelle und des Detektors verschiebt. Wenn dies der Fall ist, ändert sich ebenfalls der eektive 2θ-Winkel für die Probe, was für die Messung in einer Verschiebung der Bragg-Reexe auf der 2θ-Achse resultiert. Diese Erklärung kann die beobachtete Verschiebung der Reexe bei den χ-Variationsmessungen gut erklären. Für die XRD-Karten eignet sich diese Erklärung jedoch nicht, da nur eine Verschiebung des Si(200) Reexes beob-achtet wird, während die Position des Pt fcc(111) Reexes konstant bleibt.

5 Strukturelle Eigenschaften von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen

Bei dem System mit t_Co = 15 nm ist ein Dreifach-Reex zu erkennen, wobei die Spitzen bei 39,0^◦, 39,4^◦ und 39,8^◦ liegen (Abb. 5.15(c)). Weitere Reexe mit kleineren Inten-sitäten treten im Bereich des Interferenzmusters ebenfalls auf. Zusätzlich ist bei dieser Dicke nun deutlich ein Co Reex bei 44,4^◦ sichtbar. Anders als bei den Pt-Reexen ist bei der Bragg-Streuung an der Co-Schicht nur ein einzelner Reex zu beobachten. Dies macht es möglich, aus den 2θ-Positionen der Co Reexe den Gitterabstand in Wachs-tumsrichtung in der Co-Schicht zu bestimmen. Für dast_Co = 15 nm System erhält man nach Gleichung 2.73 einen Co-Gitterabstand in Wachstumsrichtung von 0,204 nm.

Für eine Co-Schichtdicke t_Co = 50 nm ist ein Interferenzmuster an der Position des Pt(111) Reexes nicht mehr direkt zu erkennen, was auf einen hohen inkohärenten Streu-anteil in Wachstumsrichtung hinweist (Abb. 5.15(d)). Der Co-Reex ist erwartungsge-mäÿ stärker ausgeprägt als bei t_Co = 15 nm, die Position ist allerdings unverändert.

Zusammengefasst nimmt die Stärke der Ausprägung des Pt-Interferenzmusters mit stei-gendem t_Co ab. Der Co-Reex ist für t_Co ≥ 9 nm eindeutig identizierbar und seine Intensität erhöht sich mit steigendem t_Co, was auf Grund des höheren Co-Anteils des Schichtsystems nicht überraschend ist.

Die Betrachtung derθ-2θ-Messungen oenbart zwei Schwierigkeiten, die bei der Auswer-tung berücksichtigt werden müssen. Zunächst ist eine Bestimmung der Gitterkonstanten des Pt allein anhand der Position der Maxima nicht möglich. Auch die Kohärenzlänge in Wachstumsrichtung, wie sie durch die Scherrer-Gleichung (Gleichung 2.78) beschrieben wird, kann wegen der Verbreiterung des Pt-Reexes nicht aus diesem berechnet werden.

Des Weiteren kann der Co-Gitterabstand für t_Co < 9 nm nicht mehr zweifelsfrei aus der Position des Co fcc(111) beziehungsweise Co hcp(002) Reexes ermittelt werden.

Insbesondere bei Co-Schichtdicken unterhalb von 5 nm ist eine Analyse des Co-Reexes ausgeschlossen. Um dennoch Informationen über die Gitterabstände des Co zu gewinnen kann das kinematische Modell zur Anpassung der Messkurven verwenden werden. Durch Vergleich mit diesem Modell lässt sich Aufschluss über die Gitterabstände der Systeme gewinnen, die in dem kinematischen Modell als Anpassungsparameter auftreten und die 2θ-Position der Einhüllenden des Pt-Reexs beeinusst. Die Kohärenz in Wachstums-richtung lässt sich durch den Anteil an kohärenter Streuung in dem Interferenzmuster bestimmen. Bei einer hohen Kohärenz sind die Einzelreexe des Interferenzmusters deut-lich zu erkennen, während bei einer niedrigen Kohärenz ein einziger, verbreiterter Reex gemessen wird.

Die mit Hilfe der kinematischen Näherung angepassten Intensitäten sind ebenfalls in Abb. 5.15 gezeigt. Im Allgemeinen lässt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Messung und Anpassung erreichen. Insbesondere im Bezug auf die Position der Einzelre-exe des Pt Interferenzmusters kann eine gute Übereinstimmung erzielt werden. Für das System mit t_Co = 5 nm ist jedoch eine Abweichung des Co-Reexes zwischen Messung und Anpassung zu erkennen. Für t_Co = 50 nm berechnet die Anpassung des kinemati-sche Modells zudem an der Stelle des Co eine Interferenzstruktur, während die Messung einen einzelnen Reex zeigt.

Die Ursachen für diese Abweichungen sind wahrscheinlich in den vereinfachten Annah-men des Modells zu nden. So berücksichtigen die Anpassungen in Abb. 5.15 noch keine

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5.3 XRD Untersuchungen von Pt/Co/Pt-Schichtsystemen

36 38 40 42 44 46

0 500 1000 1500 2000

Intensität (a.u.)

2 (°)

36 38 40 42 44 46

0 400 800 1200

Intensität (a.u.)

2 (°)

36 38 40 42 44 46

0 400 800 1200

Intensität (a.u.)

2 (°)

36 38 40 42 44 46

0 400 800 1200

Intensität (a.u.)

2 (°)

(a) (b)

(c) (d)

Abbildung 5.15: XRD-Messungen (blau) von Pt 5 nm / t_Co / Pt 3 nm Schichtsystemen auf SiO2 mit t_Co = (a) 1 nm , (b) 5 nm, (c) 15 nm und (d) 50 nm im Vergleich mit Anpassung unter Verwendung der kinematischer Näherung (rot). In Bild (d) ist die Spitze des rechten Reexes der Übersicht halber nicht gezeigt; das Maximum liegt in diesem Fall bei etwa 6580 a.u.. Obwohl die Messungen bei einer Wellenlänge λ= 0,124 nm aufgenommen wurden, sind die 2θ-Achsen in diesen Abbildungen so umgerechnet, als wären sie mit einer Wellenlänge von λ = 0,15406 nm aufgenommen, um eine bessere Vergleichbarkeit mit den Tabellen 5.3 und 5.4 zu gewährleisten.

Grenzächen. Eine weitere Möglichkeit sind Gradienten der Streulängendichten, wie sie zum Beispiel durch leichte Durchmischungen der Materialien verursacht werden.

Eine Erweiterung des Anpassungsmodells um Grenzächenschichten erfordert allerdings die Einführung zusätzlicher Parameter, nämlich des Grenzächengitterabstands, der An-zahl der Monolagen der Grenzächen sowie die Streuintensität der Grenzächenschich-ten. Letztere spielt jedoch eine untergeordnete Rolle, da der Haupteinuss der Grenzä-chen weniger in ihrem Streusignal als vielmehr in ihrem Einuss auf dasI(2θ)-Spektrum der Pt-Interferenz liegt.

Für f_CoPt wurde eine Mittelung der Formfaktoren von Co (f_Co = 19,5) und Pt (f_Pt = 64,7) verwendet, also f_CoPt = 42,1 [195]. Über die XRR- und TEM-Messungen kann die Gesamtdicke der Grenzächen gut bestimmt werden (siehe Tabelle 5.1). Unter Berück-sichtigung des Gitterabstands von Co und Pt erscheint eine Monolagenzahl von 2 für die Grenzäche zwischen Wachstums- und Co-Schicht und 3 für die Grenzäche zwi-schen Co- und Deckschicht sinnvoll. Damit verbleibt der Grenzächengitterabstand als Anpassungsparameter. Dennoch gibt es damit einen Anpassungsparameter mehr als bei

5 Strukturelle Eigenschaften von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen

36 38 40 42 44 46

0 400 800 1200

Intensität(a.u.)

2 (°)

(a)

36 38 40 42 44 46

0 400 800 1200

Intensität(a.u.)

2 (°)

(b)

Abbildung 5.16: XRD-Messungen (blau) eines Pt 5 nm / Co 5 nm / Pt 3 nm Schichtsystems auf SiO2

im Vergleich mit Anpassung unter Verwendung der kinematischen Näherung mit unterschiedlichen Grenzä-chengitterabständend_Grenz (rot). In (a) wirdd_Grenz= 0,22 nm als konstant angenommen und in (b)d_Grenz

= 0,205 nm. Obwohl die Messungen bei einer Wellenlänge λ = 0,124 nm aufgenommen wurden, sind die 2θ-Achsen in diesen Abbildungen so umgerechnet, als wären sie mit einer Wellenlänge vonλ= 0,15406 nm aufgenommen, um eine bessere Vergleichbarkeit mit den Tabellen 5.3 und 5.4 zu gewährleisten.

dem vorherigen Modell. Durch die damit entstehende Abhängigkeit der Parameter sind die Anpassungsergebnisse nicht mehr eindeutig. Um dieses Problem zu lösen wurde die Anpassung mit einer Reihe festgelegter Grenzächengitterabständen durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Co-Gitterabstand d_Co und dem Grenzächengitter-abstandd_Grenz zu ermitteln. Zwei solche Anpassungen mitd_Grenz = 0,22 nm undd_Grenz = 0,205 nm sind in Abb. 5.16 dargestellt. Durch die unterschiedliche Wahl von d_Grenz wird d_Co und somit die Position des Co-Reexes beeinusst. Die Korrelation von d_Grenz und d_Co wird in Abs. 5.3.3 dargestellt.