Untersuchung der Mikrostruktur magnetooptischer Speicherschichten mit Röntgenkleinwinkelstreuung unter Anwendung der Kontrastvariationsmethode

Durch Aufdampfen oder Sputtern hergestellte amorphe Seltene-Erd-Übergangsmetall-Filme (SE-ÜM) /1/ werden als Speichermedien für die magnetooptische Informationsaufzeichnung verwendet /2/. Bei geeigneten Zusammensetzungen und Herstellungsbedingungen weisen diese Filme eine vertikale magnetische Anisotropie auf, d. h. sie besitzen eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung senkrecht zur Filmebene. Diese Eigenschaft ist im Hinblick auf die Erzielung einer hohen Informationsdichte und eines großen Signal-Rauschverhältnisses beim Auslesen der Information erwünscht, ihre Ursache jedoch noch nicht vollständig verstanden. Es gibt verschiedene Modelle zur Erklärung der magnetischen Anisotropie aus der Mikrostruktur dieser Filme /3/, die von einer herstellungsbedingten Abweichung der atomaren Verteilung von der "ideal" amorphen Atomverteilung (mit perfekter Durchmischung der beteiligten Elemente) ausgehen. Vielfach wird dabei angenommen, daß die lokale Umgebung der Seltene-Erd-Atome in einer solchen Weise gestört ist, daß dadurch deren magnetisches Moment ausgerichtet wird /4/. In der vorliegenden Arbeit wird-der Frage nachgegangen, ob es auch eine auf einer größeren Längenskala (1 nm - 50 nm) inhomogene Verteilung der Elemente gibt und ob sie gegebenenfalls die magnetische Anisotropie erklären kann. Dazu wurden vom Philips Forschungslaboratorium durch Magnetronsputtern bei verschiedenenSputtergasdrücken hergestellte FeGdTb-Filme mit Röntgenkleinwinkelstreuung am KWS-Instrument "JUSIFA" /5,6/ im HASYLAB untersucht. Durch geeignete Wahl der Röntgen-Primärenergien wurde das atomare Streuvermögen der beteiligten Elemente durchgestimmt (Kontrastvariationsmethode). Dadurch wurde eine inhomogeneund anisotrope Elementverteilung festgestellt. Die unterschiedlichen Magnetisierungen in den senkrecht zur Filmebene ausgedehnten Bereichen mit verschiedener chemischer Zusammensetzung führen nach dem "Dipol"-Modell zu einer magnetischen Anisotropie, mit der ein Teil der gemessenen Anisotropie, nämlich der vom Tb-Gehalt unabhängige Grundbeitrag, erklärt werden kann. Die Mikrostruktur amorpher SE--ÜM-Filme wurde bereits von Cargill /7/ mit Röntgenkleinwinkelstreuunguntersucht, und es wurden ebenfalls anisotrope Dichteinhomogenitäten gefunden. Da aber eine feste Wellenlänge verwendet wurde, konnte nicht zwischen Enhomogenitäten der atomaren Dichte und der chemischen Zusammensetzung unterschieden werden. Daher blieben die Konsequenzen für die magnetischen Eigenschaften unklar. Marinero und Hirscher /8/ haben an amorphen FeTb-Filmen Streuexperimente mit Synchrotronstrahlung bei verschiedenen Meilenlängen durchgeführt. Im Gegensatz zur vorliegenden Arbeit wurde der Bereich großer Impulsüberträge (15 nm$^{-1}$ < Q < 35 nm$^{-1}$ ) untersucht, so daß im wesentlichen Informationen über die Nächste-Nachbar-Umgebung der jeweiligen Atomsorte gewonnen wurde. Es zeigte sich, daß es einen Unterschied zwischen der Verteilung der Nächste-Nachbar-Abstände in der Filmebene und senkrecht dazu gibt. Der Befund wird von den Autoren ebenfalls mit der magnetischen Anisotropie in Verbindung gebracht. Diese Deutung werde ich im 7. Kapitel aufgreifen und gegen eine abwägen, die auf den gefundenen Inhomogenitäten der Elementverteilung auf einer Längenskala von 1 nm bis 50 nm beruht