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具有垂直各向异性(Pt/Co)_n/FeMn多层膜的交换偏置

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物理学报 2006年第4期55卷 2064-2068页

作者：翟中海滕蛟李宝河王立锦于广华朱逢吾北京科技大学物理与化学系

采用磁控溅射方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜.研究结果表明,多层膜的垂直交换偏置场Hex和反铁磁层厚度的关系与其具有平面各向异性的交换偏置场随反铁磁层厚度变化趋势相近.随着铁磁层调制周期... 详细信息

采用磁控溅射方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜.研究结果表明,多层膜的垂直交换偏置场Hex和反铁磁层厚度的关系与其具有平面各向异性的交换偏置场随反铁磁层厚度变化趋势相近.随着铁磁层调制周期数的增加,垂直交换偏置场Hex相应减小,并且与铁磁层的调制周期数近似成反比关系.(Pt/Co)3/FeMn的垂直交换偏置场Hex已经达到22·3kA/m.为了进一步提高Hex,在Co/FeMn的界面插入Pt层,当Pt层厚度为0·4nm时,Hex达到最大值39·8kA/m.

关键词：交换偏置垂直各向异性多层膜 Pt层

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垂直各向异性薄膜中的微磁结构模型

华中工学院学报 1984年第3期 85-91页

作者：姚凯伦

本文提出了一种垂直各向异性薄膜的微磁结构模型,计算了磁化分布,获得了形成结构的临界条件.计算结果表明,对Co-Cr合金,即使Cr的浓度低于18％(即各向异性场H_A垂直各向异性的磁记录Co-Cr薄膜,这一结果与最近的实验结果是... 详细信息

本文提出了一种垂直各向异性薄膜的微磁结构模型,计算了磁化分布,获得了形成结构的临界条件.计算结果表明,对Co-Cr合金,即使Cr的浓度低于18％(即各向异性场H_A垂直各向异性的磁记录Co-Cr薄膜,这一结果与最近的实验结果是一致的.

关键词：各向异性薄膜微磁退磁因子单畴模型退磁场垂直各向异性磁化矢量各向异性场电磁场结构模型结构范式粒子模型磁晶各向异性常数磁性薄膜磁性膜磁性材料圆柱状磁化分量磁化过程饱和磁化强度

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CoFeB薄膜制备及其垂直各向异性研究

CoFeB薄膜制备及其垂直各向异性研究

作者：周勇电子科技大学

学位级别：硕士

半导体技术的发展引起了信息技术的高速发展,存储器作为系统的核心部件之一,已经引发了多次技术革命,使存储器件朝着集成度更高、存储密度更大、读写速度更快、功耗更小的方向发展。自旋转移磁矩随机存储器(STT-RAM)因为其高的热稳定性... 详细信息

半导体技术的发展引起了信息技术的高速发展,存储器作为系统的核心部件之一,已经引发了多次技术革命,使存储器件朝着集成度更高、存储密度更大、读写速度更快、功耗更小的方向发展。自旋转移磁矩随机存储器(STT-RAM)因为其高的热稳定性、非易失性、写入功耗低、与CMOS晶体管搭配工作时有低的开关电流,而被人们视为受欢迎的可靠存储器件。如何进一步降低存储器功耗这一问题已经呈现在人们面前,首先考虑的方式就是降低开关电流,降低磁存储垂直结构中的磁性层阻尼系数。此外,如果能够使用电压来控制磁化,那么对磁性存储必然带来革命性的突破。本文根据上述背景,主要研究降低Co20Fe60B20薄膜的吉尔伯特阻尼系数,以及对Co20Fe60B20薄膜与Ti O2薄膜之间的垂直各向异性进行表征。本文的主要工作有:调研了采用不同CoFe B靶材配方将会影响吉尔伯特阻尼系数,实验中采用Co20Fe60B20的靶材配方。研究了薄膜的制备工艺对Co20Fe60B20薄膜金属软磁性能的影响。获得了最佳的Co20Fe60B20磁性薄膜的工艺参数:背底真空压强为8.0 10 Pa,溅射功率为90 W,氩气流量为20 sccm,溅射压强为0.4 Pa,靶材与基片距离为6 cm。同时,研究了Cu、Ta、Ti不同缓冲层对Co20Fe60B20金属软磁性能以及吉尔伯特阻尼系数的影响,并探究了其影响机理。研究表明CoFeB磁性薄膜与氧化层薄膜之间的界面效应将会影响CoFeB薄膜的垂直各向异性,实验中选择了TiO2薄膜。研究了薄膜制备工艺对TiO2薄膜的性能影响。得出了最佳的TiO2薄膜的工艺参数:背底真空压强为8.0 10 Pa,溅射功率为150 W,氩气流量为40 sccm,氧气流量为2 sccm,溅射压强为0.5 Pa。同时,当基片温度为400℃时,会促进金红石结构TiO2薄膜的形成。研究了霍尔条(Hall Bar)的制备方式,设计出硬质掩膜板来制备多层膜样品结构,搭建出利用反常霍尔效应表征Co20Fe60B20与Ti O2之间的垂直各向异性的测试系统,并和振动样品强磁计(VSM)的测试结果进行相应的对比验证。结论是当Co20Fe60B20层厚度达到1.7 nm时,多层膜结构Si/Ta/Co20Fe60B20/TiO2的垂直各向异性最佳。

关键词： Co20Fe60B20 TiO2 吉尔伯特阻尼系数反常霍尔效应垂直各向异性

磁性多层膜的垂直各向异性及巨磁电阻效应研究

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磁性多层膜的垂直各向异性及巨磁电阻效应研究

作者：朱艳燕复旦大学

学位级别：硕士

由于易磁化轴垂直膜面的磁性薄膜在尺寸降低到亚微米量级时具有优异的磁、热稳定性,而且驱动磁矩翻转的临界电流密度低等优点,在下一代高密度存储器方面具有广泛的应用前景。本文的工作就是围绕着垂直磁各向异性自旋阀性能优化的相关问... 详细信息

由于易磁化轴垂直膜面的磁性薄膜在尺寸降低到亚微米量级时具有优异的磁、热稳定性,而且驱动磁矩翻转的临界电流密度低等优点,在下一代高密度存储器方面具有广泛的应用前景。本文的工作就是围绕着垂直磁各向异性自旋阀性能优化的相关问题展开,主要进行了两方面的实验研究：第一：研究了[CoFeB/Pt]5多层膜的垂直各向异性(PMA);第二：采用TbFe与[Co/Ni]多层膜的耦合结构,制备出垂直磁化自旋阀。本论文主要内容如下：我们制备了[CoFeB/Pt]5垂直各向异性多层膜结构,通过固定Pt的厚度为1nm、改变CoFeB的厚度及退火温度等因素研究分析多层膜的垂直各向异性和热稳定性,成功地探索出了[CoFeB/Pt]5多层膜的优化生长条件。我们发现,当CoFeB的厚度在0.22-0.40nm范围时可以获得较好的垂直各向异性,说明此时CoFeB与Pt的厚度比恰好;当退火温度小于300℃时,随着退火温度的升高,CoFeB厚度为0.45nm的多层膜垂直各向异性增大,而CoFeB厚度为0.22nm的多层膜垂直各向异性则不改变,当退火温度高于300℃时,二者均出现了垂直各向异性的降低,通过XRD分析认为是CoFeB/Pt的界面存在着面间扩散和合金效应导致了垂直磁各向异性的降低。关于TbFe与[Co/Ni]N多层膜的耦合结构,我们对TbFe本身磁性与成分的关系进行了研究,然后研究不同厚度的TbFe对[Co/Ni]多层膜耦合作用的差异。同时[Co/Ni]N/TbFe耦合结构的矫顽力可以通过改变TbFe的厚度进行调节,极大拓宽了自由层和参考层的翻转场差。以[Co/Ni]5/TbFe作为参考层、[Co/Ni]3为自由层的自旋阀结构中,TbFe的引入在增大翻转平台的同时并没有降低GMR信号,这对实际应用是非常有利的。但是,富Tb(40W)时,TbFe的引入影响了自由层的垂直各向异性,使得磁矩偏离垂直方向。不过,通过提高缓冲层Cu的厚度,可以有效克服这一问题,并使得磁电阻信号增加到6.4%。

关键词：磁性自旋阀垂直各向异性巨磁电阻效应垂直交换耦合

CoFeB薄膜垂直各向异性成分调控与CrAl自旋霍尔效应的研究

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CoFeB薄膜垂直各向异性成分调控与CrAl自旋霍尔效应的研究

作者：常远思中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：硕士

磁随机存储器作为一种方兴未艾的自旋电子学器件,由于其具备非易失性、高密度、高速读写等优良的性能,使得磁随机存储器在日常生活、军事和工业等诸多领域都具有极大的开发潜力和应用价值。垂直磁性隧道结作为高密度磁随机存储器的核心... 详细信息

磁随机存储器作为一种方兴未艾的自旋电子学器件,由于其具备非易失性、高密度、高速读写等优良的性能,使得磁随机存储器在日常生活、军事和工业等诸多领域都具有极大的开发潜力和应用价值。垂直磁性隧道结作为高密度磁随机存储器的核心单元一直倍受广大研究者的青睐,提高隧道结磁性电极的垂直各向异性和温度稳定性是近年这方面研究的焦点。在垂直磁化的Co Fe B/Mg O薄膜及其相关隧道结的研究中,通常都是改变Co、Fe比例,而B的原子比含量始终为20%不变。本论文的研究目的之一是通过调节B的成分来提高Co Fe B/Mg O体系的垂直各向异性和温度稳定性。我们研究了Co、Fe为等原子比,B成分为10%、20%、30%时Ta/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Mg O和Mg O/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Ta正反两种生长顺序下体系的垂直磁性能。结果显示,经过300℃真空退火后,作为对照组的20%B含量的Ta/Co0.4Fe0.4B0.2/Mg O样品,Co Fe B薄膜具有垂直磁化的极限厚度为1.2nm,对于相反结构的Mg O/Co0.4Fe0.4B0.2/Ta样品,Co Fe B厚度在1.2～1.4 nm之间的样品展现出了垂直磁各向异性。当B的含量降为10%时,相同退火条件下体系的垂直各向异性降低:在Ta/Co0.45Fe0.45B0.10/Mg O样品中,只有Co Fe B为0.8nm厚的样品表现出垂直易磁化的特性,对于Mg O/Co0.45Fe0.45B0.10/Ta样品,仅有1.0 nm厚的样品表现出垂直易磁化的特性。当B含量增加到30%,样品的垂直磁性能较之参考样品均获得了相当大的提高:Ta/Co0.35Fe0.35B0.30/Mg O样品在300℃真空退火后,Co Fe B垂直磁化的极限厚度从对照组成分的1.2 nm增加到1.4 nm,界面垂直各向异性常数Ks从1.7 erg/cm2增加到1.9 erg/cm2;当退火温度升高至325℃,Co Fe B厚度为1.3 nm及以下的样品仍然表现出了垂直易磁化,而对照组20%B含量的所有样品在相同温度下已不具备垂直磁各向异性。相反结构的Mg O/Co0.35Fe0.35B0.30/Ta则表现出更加优异的温度稳定性和垂直各向异性,在高至350℃的最佳温度真空退火后,Co Fe B垂直易磁化的极限厚度增加到1.5 nm,相应界面垂直各向异性常数Ks增加至2.0 erg/cm2,而对照组20%B含量的所有样品在相同温度下的磁性已完全被破坏。总结起来,我们发现过量的B有效的提高了Co Fe B/Mg O体系的垂直各向异性和温度稳定性,因而B含量适量增加是优化C o F e B/M g O体系的垂直磁性能和热稳定性的有效途径之一。Cr为原子序数较小的3d金属,但具有很大的自旋霍尔角,差不多可以和5d金属W等比拟;Al是一种原子序数更小的主族轻金属元素,容易与Cr形成合金,并且使Cr的非公度自旋密度波反铁磁性变为简单的公度反铁磁性,同时Cr1-xAlx反铁磁合金在x=0.26左右具有很高的奈尔温度,表现出半导体输运特性。因此,本论文还研究了Cr-Al反铁磁合金的自旋霍尔效应。我们制备了系列不同金属层厚度的YIG/Cr0.72Al0.28和YIG/Cr异质结构薄膜样品,两组样品的电阻率测量结果显示Cr0.72Al0.28薄膜的电阻率数倍于Cr,尤其在金属层较厚的情形下;在垂直膜面温度梯度下,由于纵向自旋塞贝克效应所产生的逆自旋霍尔电压,YIG/Cr0.72Al0.28薄膜的逆自旋霍尔电压数值较相同金属层厚度的YIG/Cr薄膜的数值明显增大。自旋扩散长度和自旋霍尔角的表征结果显示,Al与Cr的合金化虽然强烈改变了Cr电子结构和输运特性,但是Cr0.72Al0.28的自旋扩散长度和Cr的数值大体相当,而Cr0.72Al0.28的自旋霍尔角减小为Cr的三分之一。我们的研究表明具有非常小自旋-轨道耦合的Al的大量引入确实使合金的自旋霍尔角下降,尽管如此,由于Cr0.72Al0.28合金薄膜的高电阻率,导致了大的逆自旋霍尔电压,使之仍不失为一种有效的自旋流探测材料。

关键词：垂直各向异性热稳定性自旋霍尔效应自旋塞贝克效应

用环形头对垂直各向异性软盘的读、写试验研究

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华中工学院学报 1985年第S3期 17-22页

作者：张江陵刘波

本文介绍了用铁氧环形磁头在垂直各向异性软盘上读、写试验的结果,并提出了使用垂直各向异性媒体改造现有软盘驱动器的建议。

关键词：磁头谐振频率媒体磁记录器垂直记录软盘驱动器软驱记录密度垂直各向异性试验研究

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非晶Sm-Co溅射膜的垂直各向异性

信息记录材料 1985年第2期 1-5页

作者：宛德福李佐宜华中工学院磁性物理与器材教研室

非晶稀土（RE）-过渡金属（TM）膜的一个共同特征是具有单轴各向异性,这个单轴各向异性的强度和取向,主要取决于非晶膜的成分、基片温度和膜的制造方法。非晶Sm;Co;溅射膜在控制溅射条件下可获得大的垂直各向异性。非晶膜的磁各向异性... 详细信息

非晶稀土（RE）-过渡金属（TM）膜的一个共同特征是具有单轴各向异性,这个单轴各向异性的强度和取向,主要取决于非晶膜的成分、基片温度和膜的制造方法。非晶Sm;Co;溅射膜在控制溅射条件下可获得大的垂直各向异性。非晶膜的磁各向异性的起源可以有若干个机构,主要有磁各向异性微结构和原子对有序（短程有序）机构等。本文具体讨论了非晶Sm-Co溅射膜的垂直各向异性的来源可能有三个方面:（1）柱状微结构的形状各向异性;（2）负偏压的作用导致原子对有序和柱状微结构的细化;（3）垂直静磁场感生的垂直单轴各向异性。

关键词：溅射 Co 真空沉积磁各向异性磁性垂直各向异性非晶

反铁磁层厚度对垂直磁各向异性钴/铂/铁锰多层膜磁性质的影响

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功能材料 2014年第22期45卷 22102-22105页

作者：聂颖任楚苏周仕明时钟阎文盛桑海辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000 复旦大学物理系上海200433 同步辐射国家实验室合肥230029 南京大学物理系固体微结构国家实验室南京210093

在室温下用超高真空磁控溅射系统制备了一系列的Pt(4.0nm)/[Co(0.5nm)/Pt(0.3nm)]3-FeMn(tAFnm)多层膜样品,研究了反铁磁层厚度对于易轴垂直于样品表面的Co/Pt/FeMn多层膜磁性质的影响。在室温下利用样品的剩磁进行了X射线磁圆二色测量(... 详细信息

在室温下用超高真空磁控溅射系统制备了一系列的Pt(4.0nm)/[Co(0.5nm)/Pt(0.3nm)]3-FeMn(tAFnm)多层膜样品,研究了反铁磁层厚度对于易轴垂直于样品表面的Co/Pt/FeMn多层膜磁性质的影响。在室温下利用样品的剩磁进行了X射线磁圆二色测量(XMCD),结果表明在铁磁/反铁磁界面有反铁磁层铁锰的净磁矩,这些净磁矩仅来自于铁元素。铁的磁矩倾向于垂直于膜面排列。磁测量结果表明,随着铁锰层厚度的增加,交换偏置场HEB增加直到饱和,而HC先增加,然后轻微减少,在tAF>7.5nm以后,HEB和HC都几乎不变了。没有观察到磁锻炼效应。

关键词：垂直各向异性交换偏置净磁矩多层膜

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MRAM用垂直磁各向异性自旋阀的性能优化研究

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MRAM用垂直磁各向异性自旋阀的性能优化研究

作者：贺赫复旦大学

学位级别：硕士

由于纳米尺寸的垂直磁各向异性自旋阀具有良好的热稳定性、翻转稳定性以及低翻转电流等特点,在研发高密度磁随机存储器（MRAM）方面具有极大的潜在应用前景,从而吸引了研究人员的广泛关注。本文的工作就是针对MRAM用垂直磁各向异性自旋... 详细信息

由于纳米尺寸的垂直磁各向异性自旋阀具有良好的热稳定性、翻转稳定性以及低翻转电流等特点,在研发高密度磁随机存储器（MRAM）方面具有极大的潜在应用前景,从而吸引了研究人员的广泛关注。本文的工作就是针对MRAM用垂直磁各向异性自旋阀进行性能优化,采用的方法主要包括两方面：第一,采用垂直磁各向异性的人工合成反铁磁（synthetic antiferromagnet;SAF）结构;第二：采用TbCo与[Co/Ni]N多层膜的耦合结构。本论文主要内容如下：关于人工合成反铁磁结构,我们成功制备出具有垂直磁各向异性的人工合成反铁磁[Co/Ni]N/Ru/[Co/Ni]3多层膜结构。并研究了Ru层厚度及[Co/Ni]N周期数N对其磁性的影响。我们选择具有强的反铁磁耦合场以及大的净磁矩翻转场的SAF结构作为自旋阀的参考层。普通的[Co/Ni]自旋阀在150℃退火时GMR信号就已经迅速下降,与其相比,SAF自旋阀由于具有大的自由层与参考层翻转场差,热稳定性要好得多。室温下,其GMR信号为6.0%,并随着退火温度升高而缓慢降低。我们认为GMR信号的降低是因为热处理导致的多畴形成以及垂直各向异性变差。关于TbCo与[Co/Ni]N多层膜的耦合结构,我们研究了不同成分比的TbCo合金膜与[Co/Ni]N的耦合作用。然后选择富Tb的TbCo与[Co/Ni]N多层膜组成垂直交换耦合结构,以该结构作为参考层的自旋阀表现出了优异的性能。稍微增加TbCo的厚度,耦合结构的垂直矫顽力会明显增大,从而增加了自由层与参考层的翻转场差,实现在较大的外场范围内磁化方向的平行与反平行。由于参考层的磁矩反平行排列,产生的散磁场很小,因而TbCo耦合自旋阀不仅能保持高的GMR信号,自由层翻转场没有受到散磁场的影响,GMR回线关于原点对称,这些性能对实际应用非常重要。

关键词：磁性自旋阀垂直各向异性巨磁电阻效应人工合成反铁磁垂直交换耦合