Ni_(81)Fe_(19)各向异性磁电阻薄膜的工艺和微结构的研究

在不同本底真空和工作气压下制备了Ta/Ni81Fe19薄膜,并进行了磁性测量和原子力显微镜分析。结果表明较高的本底真空和较低的工作气压下制备的薄膜有较大的各向异性磁电阻值ΔR/R。其原因是高本底真空和低工作气压导致大晶粒尺寸和低粗糙度,进而降低电子的散射,减小电阻R,增大各向异性磁电阻ΔR/R。在不同真空度下制备了(Ni81Fe19)64Cr36/Ni81Fe19薄膜,与以Ta为衬底的薄膜相比,具有更大的各向异性磁电阻值,达到了3.2%,这是国内目前报道的最大值,但它受真空度的影响更大。

超薄Ni_(81)Fe_(19)薄膜的各向异性磁电阻及磁性能

利用磁控溅射方法制备了一系列超薄Ta(5nm)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)磁性薄膜。着重研究了基片温度、缓冲层厚度对Ni81Fe19薄膜各相异性磁电阻(AMR)及磁性能的影响。利用X射线衍射仪分析了薄膜结构、晶粒取向;用四探针技术测量了薄膜的电阻率和各向异性磁电阻;用FD-SMOKE-A表面磁光克尔效应试验系统测量了薄膜的磁滞回线。结果表明:在基片温度为400℃时制备的Ni81Fe19薄膜具有较大的各向异性磁电阻效应和较低的磁化饱和场,薄膜最大各向异性磁电阻为3.5%,最低磁化饱和场为739.67A/m。基片温度为500℃制备的薄膜,饱和磁化强度Ms值最大。随着缓冲层厚度x的增加,坡莫合金薄膜的AMR值先变大后减小,在x=5nm时达到最大值。

基片温度对Ni_(81)Fe_(19)薄膜结构和各向异性磁电阻的影响

利用磁控溅射方法制备了一系列Ta(x)/Ni81Fe19(100nm)/Ta(3nm)磁性薄膜。着重研究基片温度、缓冲层厚度对薄膜结构和各向异性磁电阻的影响。利用X射线衍射仪分析了薄膜结构、晶粒取向;用四探针法测量了薄膜的电阻率和各向异性磁电阻。结果表明,基片温度对薄膜的各向异性磁电阻及饱和场有显著影响,随着基片温度的升高,薄膜各向异性磁电阻随之增大,饱和场则相反。基片温度在400℃时制备的Ni81Fe19薄膜具有较大的各向异性磁电阻比和较低的磁化饱和场,薄膜最大各向异性磁电阻比为4.23%,最低磁化饱和场为739.67A/m;随着缓冲层厚度的增加,坡莫合金薄膜的AMR值先变大后减小,在x=5nm时达到最大值。

基片温度对Ni_(81)Fe_(19)薄膜磁性能的影响

采用电子束蒸发法在Si(111)基片上制备厚度约为100nm的Ni81Fe19薄膜,研究了基片温度对薄膜微观结构及磁性能的影响。结果表明,随着基片温度的升高,Ni81Fe19薄膜(111)衍射峰逐渐锐化,衍射峰强度显著增强,薄膜晶粒逐渐长大;薄膜的饱和磁化强度(Ms)及面内矫顽力(Hc)随基片温度的升高均逐渐增大;随着基片温度的升高,薄膜在9GHz下的共振场(Hr)呈单调降低的趋势,而铁磁共振线宽(ΔH)则先减小后增大最后基本保持不变。当基片温度为100℃时,薄膜铁磁共振线宽具有最小值ΔH=7.44kA/m(9GHz)。

Y_2O_3插层对Ni_(81)Fe_(19)薄膜各向异性磁电阻的影响

以Y_2O_3作为Ni_(81)Fe_(19)薄膜的氧化插层,利用磁控溅射法制备了一系列不同插层厚度的Ni_(81)Fe_(19)薄膜样品Ta(4nm)/Y_2O_3(t)/Ni_(81)Fe_(19)(20nm)/Y2O3(t)/Ta(3nm),利用非共线四探针法测量薄膜样品的各向异性磁电阻(AMR),用振动样品磁强计测量样品的磁滞回线,利用X射线衍射仪(XRD)分析样品薄膜结构,研究了Y_2O_3插层厚度对Ni_(81)Fe_(19)薄膜各向异性磁电阻的影响。结果表明,在基片温度为450℃时,Ni_(81)Fe_(19)薄膜AMR值随插层厚度增加先增后减,在插层厚度为2.5nm时样品具有最大AMR,其值为4.61%,比无插层样品的2.69%提高了71.3%。

Ni_(81)Fe_(19)层厚度对自旋阀巨磁电阻性能的影响

利用磁控溅射法,制备了一种上钉扎的标准自旋阀结构:Ta(6nm)/Ni_(81)Fe_(19)/Co_(90)Fe_(10)(1nm)/Cu(1.8nm)/Co_(90)Fe_(10)(3.5nm)/Ir_(20)Mn_(80)(8nm)/Ta(6nm),并研究了自旋阀结构中Ni_(81)Fe_(19)层厚度对自旋阀巨磁电阻变化率的影响,发现:巨磁电阻变化率对于Ni_(81)Fe_(19)层厚度具有强烈的依赖性。当Ni_(81)Fe_(19)层厚度位于2～6nm和7～12nm两个范围时,巨磁电阻变化率分别维持在较高(约8.34％)和较低(约3.34％)的两个水平,而当Ni_(81)Fe_(19)层厚度从6nm增加到7nm时,巨磁电阻变化率急剧降低,达5％。由此可见,为了得到高磁阻变化率,此类自旋阀结构中的Ni_(81)Fe_(19)层厚度不能超过6nm。

溅射功率对Fe_(81)Ga_(19)薄膜结构和磁性的影响

采用射频磁控溅射技术在Sr Ti O_3(100)衬底上制备Fe_(81)Ga_(19)薄膜。利用XRD、AFM和VSM表征了Fe_(81)Ga_(19)薄膜的生长取向、内应力、表面形貌和磁性,研究了不同溅射功率(60~100 W)对Fe_(81)Ga_(19)薄膜结构和磁性能的影响。结果表明,所有薄膜主要以A_2相和L1_2相存在。随着溅射功率的增大,A_2相衍射峰的强度缓慢降低,内应力显著增加,表面粗糙度降低,薄膜的剩余磁化强度和饱和磁化强度明显减小,而矫顽力保持不变,都为50 Oe。

不同非磁性金属隔离层对Ni81Fe19自旋阀AMR值的影响

利用磁控溅射法,制备三种Ni81Fe19自旋阀结构系列：Cu（7 nm）/Ni81 Fe19（10 nm）/Cu（x）/Ni81Fe19（10 nm）/NiO（25nm）/Cu（4 nm）、Ta（7 nm）/Ni81Fe19（10 nm）/Ta（y）/Ni81Fe19（10 nm）/NiO（25 nm）/Ta（4 nm）、（Ni81 Fe19） 80.7Nb19.3 （2 nm）/Ni81Fe19（10 nm）/Nb（z）/Ni81Fe19（10 nm）/NiO（25 nm）/Nb（3 nm）.研究了自旋阀结构中的不同非磁性金属材料作为隔离层对自旋阀各向异性磁电阻特点的影响以及不同隔离层厚度对其各向异性磁电阻值（AMR的影响.结果表明：Ni81 Fe19自旋阀各向异性磁电阻值及其矫顽力对于不同材料自旋阀隔离层及其厚度具有很强的依赖性.不同非磁性金属材料作为自旋阀隔离层时,矫顽力大小也不相同,在实验中Nb作隔离层的自旋阀矫顽力最小,Cu作隔离层的自旋阀矫顽力最大.在基片温度为450℃的条件下,以Cu为隔离层的自旋阀结构中,Cu层厚度为1 nm时其AMR最大,达到2.8％,灵敏度为1.1 ×10-3％m·A-1;在以Ta为隔离层的自旋阀结构中,Ta层厚度为2 nm时其AMR最大,达到2.6％,灵敏度为2.3×10-3％m·A-1;在以Nb为隔离层的自旋阀结构中Nb层厚度为1.5 nm时其AMR最大,达到3.2％,其灵敏度达4.9×10-3％ m·A-1.

Ta/NiO_x/Ni_(81)Fe_(19)/Ta和Co/AlO_x/Co磁性薄膜中原子的化学状态

用射频/直流磁控溅射法制备了Ta/NiOX/Ni81Fe19/Ta和Co/AlOx/Co磁性薄膜,并利用X射线光电子能谱（XPS）和振动样品磁强计（VSM）研究了Ar/O2比与NiOx化学状态以及Ta/NiOx/Ni81Fe19/Ta薄膜磁性之间的关系.结果表明:当溅射气压为0.57Pa,Ar/O2为7:1时,制备的NiOx中的x=1,镍为+2价,相应的交换耦合场（Hex）最大;Ar/O2比偏离7:1时,NiOx层中出现单质镍和+3价的镍,相应的Hex也下降,单质镍的出现还会增大该磁性薄膜的矫顽力（Hc）.用XPS还研究了Co/AlOx/Co磁性薄膜中AlOx对Co膜的覆盖状况,Al层将Co膜完全覆盖所需要的最小厚度约1.8nm,采用角分辨XPS方法测出的Al的氧化物为Al2O3,氧化厚度为1.2nm.

纳米氧化层对坡莫合金薄膜性能的影响

采用磁控溅射的方法制备了Ta/NiFe/Ta磁电阻薄膜,分别将CoFe-NOL和Al2O3插层引入NiFe薄膜,研究纳米氧化层(NOL)对NiFe薄膜性能的影响。实验结果表明:将CoFe-NOL引入NiFe薄膜,CoFe-NOL对NiFe薄膜性能有重要影响,并且CoFe-NOL在薄膜中的位置不同影响效果也不同;CoFe-NOL处于Ta/NiFe界面时,由于破坏了NiFe薄膜的织构,导致了NiFe薄膜的各向异性磁电阻(AMR)值的减小和矫顽力的上升;CoFe-NOL处于NiFe/Ta界面时,则不会破坏NiFe薄膜的织构,其AMR值和矫顽力基本没有变化。将Al2O3插层引入NiFe薄膜,由于Al2O3插层的"镜面反射"作用,合适厚度的Al2O3插层可以改善薄膜的微结构,提高薄膜的磁电阻值,改善薄膜的磁性能。当Al2O3插层厚度为1.5 nm时,NiFe薄膜有最佳的微结构和性能。

Ni_(81)Fe_(19)/Ni_(100-x)Mn_x双层膜的交换偏置对Ni_(100-x)Mn_x层Mn成分和厚度的依赖

通过调整Mn的成分 ,系统地研究了Ni81 Fe1 9 Ni1 0 0 -xMnx 双层膜的磁学性质 ,特别是交换偏置场 (Hex)的变化 .当Ni1 0 0 -xMnx 中Mn的原子百分比在 5 3 4 %到 6 0 0 %之间时 ,对于 15 0nm的Ni81 Fe1 9,得到了最大的交换偏置场17 5kA m ,同时由于Mn对Ni81 Fe1 9层的扩散所造成的磁矩的降低小于 2 0 % ;高角x射线衍射证明Ni1 0 0 -xMnx 的晶格常数随着Mn成分的改变而变化 ,Mn含量越多 ,其晶格常数越大 ;制备态Ni1 0 0 -xMnx 膜晶格常数与θ相NiMn膜晶格常数的接近程度与NiMn膜θ相形成的容易程度相对应 .也研究了交换偏置场随着Ni1 0 0 -xMnx 厚度的变化 ,第一次得到了当Ni1 0 0 -xMnx 中Mn的原子百分比为 70 6 %时 ,Ni81 Fe1 9(15 0nm) Ni1 0 0 -xMnx(9 0nm)双层膜在经过 2 4 0℃ ,5h退火后 ,可以有 8 0kA m的交换偏置场 ,此时铁磁层磁矩的大小几乎不变 .