退火对MgO/NiFe/MgO多层膜平面霍尔效应的影响

采用磁控溅射的方法制备了结构为Ta(5 nm)/Mg O(6 nm)/Ni Fe(t_(NiFe))/Mg O(4 nm)/Ta(3 nm)的磁性多层膜,Ni Fe的厚度t_(NiFe)从5 nm增加到100 nm,之后在真空退火炉中经过400℃,1 h的退火处理并且进行随炉冷却,整个过程中沿着薄膜易轴方向施加大约4378 A·m-1的磁场。采用四探针的方法来测量平面霍尔电压(PHE)和相对电阻变化率,通过X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)来分析多层膜退火前后的微结构变化。研究结果表明:对于制备态和退火态的Ta/Mg O/Ni Fe/Mg O/Ta纳米磁性多层膜结构,当t_(NiFe)<40 nm时,霍尔输出电压骤减,随着t_(NiFe)的继续增加,霍尔电压基本保持不变。然而,所有的制备态同一厚度的样品经过退火处理之后,霍尔电压都有一定程度的提高,当t_(NiFe)=5 nm时,平面霍尔输出电压增加最大。随着Ni Fe厚度的继续增加,退火处理所导致的输出电压的提高幅度逐渐减小,当t_(NiFe)=100 nm时,霍尔电压退火之后几乎保持不变。不同Ni Fe厚度的样品,霍尔电压经退火处理后之所以提高幅度不同,主要与两个因素有关,一是Mg O/Ni Fe异质界面会增强电子自旋相关散射提高PHE输出电压,二是Ni Fe层因分流也会导致PHE输出电压下降。