Application of silicon strip detector for X-ray diffraction on metallic multilayers

• Autorzy: Mietniowski P. , Kanak J. , Powroźnik W. , Stobiecki T. , Maj P. , Gryboś P.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie krzemowego detektora paskowego do badań dyfrakcyjnych metalicznych układów wielowarstwowych

• Konferencja: SOTAMA Symposium on Texture and Microstructure Analysis (2; 26-28.09.2007; Cracow, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents silicon strip detector designed at AGH with front-end electronics based on ASIC (Application Specific lntergraded Circuits) which is used for diffraction measurements of thin films. Application of this detector for diffraction, in comparison to the standard proportional counter, allows to reduce time of measurement up to 100 times. Two types of 128-strip detectors with pitch between strips centers of 75 µm and 100 µm were tested. Angular resolution was determined from measurements of powder standard reference material (SRM 660) LaB 6 . It was demonstrated that detector with strip pitch 75 µm had better angular resolution than that of 100 µm one. The XRD measurements were performed on the metallic polycrystalline multilayers deposited by sputtering technique: Si(100)/Si0 2 47 nm/buffer/IrMn 12 nm/CoFe 15 nm/A1-0 1.4 nm/NiFe 3 nm/Ta 5 nm and Si(100)/Si0 2 500 nm/buffer/[Pt 2 nm/Co 0.5 nm]x5. The samples were prepared with four different buffers in order to obtain different texture degree (in the brackets buffers for Pt/Co multilayers): (a) Cu 25 nm, (Cu 10 nm) (b) Ta 5 nin/Cu 25 nm, (Ta 5 nm/Cu 10 nm) (c) Ta 5 nm/Cu 25 nm/Ta 5 nm/Cu 5 nm, (Ta 5 nm/Cu 10 nm/Ta 5 nm) and (d) Ta 5 nm/Cu 25 nm/Ta 5 nm /NiFe 2 nm/Cu 5 tun, (Ta 5 nm/Cu 10 nm/Ta 5 nin/Cu 10 nm). The results measured by our strip detector, conventional proportional counter and commercial X'Celerator detector are similar in all details specific for diffraction of multilayer. Some advantages of the strip detectors usage for structural analysis of thin films are discussed.

PL

Krzemowe detektory paskowe zintegrowane z elektroniką "front-end" zaprojektowane na AGH w oparciu o uklad ASIC (Application Specific Intergraded Circuits) zostały wykorzystane do detekcji promieniowania rentgenowskiego w eksperymentach dyfrakcyjnych ukladów cienkowarstwowych. Zastosowanie tych detektorów w porównaniu z licznikami proporcjonalnymi pozwala zredukowae czas pomiaru do okolo 100 razy. Przetestowano dwa typy detektorów 128-paskowych o odległościach pomiędzy paskami 75 µm i 100 µm. Pomiary kątowej zdolności rozdzielczej wykonane na próbkach proszkowych LaB6, pokazały, że detektor z odległością pomiędzy paskami 75 µm posiada lepszą zdolność rozdzielczą. Przeprowadzono pomiary dyfrakcyjne na wybranych układach cienkowarstwowych naniesionych techniką jonowego rozpylenia. Układy te miały następującą budowę: podłoże Si(100)/Si02 47 µm /warstwy buforowe /IrMn 12 nm/CoFe 15 nm/A1-0 1.4 mn/NiFe 3 nm/Ta 5 nm oraz Si(100)/Si02 500 nm/warstwy buforowe/[Pt 2 nm/Co 0.5 nm]x5. Jako warstwy buforowe zastosowano następujące układy wielowarstwowe (w nawiasach warstwy buforowe dla ukladów wielowarstwowych Pt/Co): (a) Cu 25 nm, (Cu 10 nm) (b) Ta 5 nm/Cu 25 nm, (Ta 5 lini/Cu 10 nm) (c) Ta 5 11111/Cu 25 nm/Ta 5 nm/Cu 5 nm, (Ta 5 nm/Cu 10 nin/Ta 5 nm) and (d) Ta 5 nm/Cu 25 nm/Ta 5 nm /NiFe 2 nm/Cu 5 nm, (Ta 5 tn/Cu 10 nm/Ta 5 nm/Cu 10 nm). Otrzymano podobne wyniki zarówno przy wykorzystaniu licznika proporcjonalnego, detektora paskowego jak i komercyjnego detektora X'Celerator. Przedyskutowano zalety krzemowego detektora paskowego w zastosowaniu do badań dyfrakcyjnych układów cienkowarstwowych.

Słowa kluczowe

EN

strip detector of X-ray diffractometer; X-ray diffraction; multilayers; texture

PL

detektory paskowe; detekcja; dyfrakcja rentgenowska; wielowarstwowość; tekstura

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 1
• Strony: 75--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mietniowski P.

autor

Kanak J.

autor

Powroźnik W.

autor

Stobiecki T.

autor

Maj P.

autor

Gryboś P.

• DEPARTMENT OF ELECTRONICS. AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 30-059 KRAKOW. 30 MICKIEWICZA AV., POLAND

Bibliografia

• [1] Y. Unno, ATLAS silicon Microstrip Semiconductor Tracker (SCT), Nucl. Instr. and Meth. A453, 109-120 (2000).
• [2] A. Zięba, W. Dąbrowski, P. Gryboś, W. Powroźnik, T. Stobiecki, K. Świentek, J. Słowik, P. Wiącek, Prototype silikon position-sensitive detector working with Bragg-Brentano powder diffractometer, Acta Phys. Polon. A101, 629-634 (2002).
• [3] A. Zięba, W. Dąbrowski, P. Gryboś, W. Powroźnik, J. Słowik, T. Stobiecki, K. Świentek, P. Wiącek, 128-channel silikon strip detector installed at a powder diffractometer, Mater. Sci. Forum 443-444, 175-180 (2004).
• [4] D. Loukas, V. Psycharis, E. Karvelas, A. Pavlidis, N. Haralabidis, J. Mousa, Powder X-ray diffraction diagram with a silicon microstrip detector, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-47, 877-880 (2000).
• [5] L. Tarkowski, J. Bonarski, W. Dąbrowski, Application of the Si-strip detector in X-ray crystallographic texture measurements, Nucl. Inst. and Meth. A551, 178-182 (2005).
• [6] http://www.panalytical.com/.
• [7] http://www.bruker-axs.com/.
• [8] http://www.rigaku.com/.
• [9] P. Gryboś, P. Maj, L. Ramello, K. Świentek, Measurement of matchin g and high count rate performance of multichannel ASIC for digital X-ray imaging systems, IEEE Trans. Nucl. Sci. 54, 1207-1215 (2007).
• [10] T. Stobiecki, J. Kanak, J. Wrona, M. Czapkiewicz, C. G. Kim, C. O. Kim, M. Tsunoda, M. Takahashi, Correlation between structure and exchange coupling parameters of IrMn based MTJ, Phys. Stat. Sol. (a) 201, 1621-1627 (2004).
• [11] P. Wiśniowski, T. Stobiecki, J. Kanak, G. Reiss, H. Bruckl, Influence of buffer layer texture on magnetic and electrical properties of IrMn spin valve magnetic tunnel junctions, J. Appl. Phys. 100, 013906 (2006).
• [12] J. Kanak, X-ray diffraction on multilayers systemsmethods of measurement and models, PhD thesis, AGH Krakow 2006.
• [13] J. Kanak, T. Stobiecki, S. van Dijken, Influence of interface roughness, film texture, and mag 3/IrMn and-netic anisotropy on exchange bias in [Pt/Co] IrMn/[Co/Pt] 3 multilayers, accepted for publication in IEEE Transactions on Magnetics.
• [14] J. Kanak, M. Czapkiewicz, T. Stobiecki, M. Kachel, I. Sveklo, A. Maziewski, S. van Dijken, Influence of buffer layers on the texture and magnetic properties of Co/Pt multilayers with perpendicular anisotropy, Phys. Stat. Sol. (a) 204,3950-3953 (2007).
• [15] S. Khizroev, D. Litvinov, Perpendicular Magnetic Recording (Kluwer Academic Publishers, 2004).
• [16] S. van Dijken, M. Crofton, J. M. D. Coey, M. Czapkiewicz, M. Zoladz, T. Stobiecki, Magnetization reversal and field annealing effects in perpendicular exchange-biased Co/Pt multilayers and spin valves with perpendicular magnetization, J. Appl. Phys. 99, 083901 (2006).