超薄坡莫合金薄膜各向异性磁电阻的研究

摘要

为提升坡莫合金薄膜的应用价值,探索了在坡莫合金薄膜厚度尽可能薄的情况下,如何制备高各向异性磁电阻Ni81Fe19薄膜.利用磁控溅射,制备了一系列超薄 Ta(y)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)和(Ni81Fe19)1-xCrx(y)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)薄膜.研究了基片温度、缓冲层类型、缓冲层厚度等工艺条件对坡莫合金薄膜各向异性磁电阻和微结构的影响.利用四探针技术测量样品的各向异性磁电阻值,用X射线衍射仪分析样品的微结构,用原子力显微镜分析样品表面形貌.根据实验结果分析,得到以下结论:基片温度、缓冲层类型、缓冲层厚度等工艺条件对坡莫合金薄膜各向异性磁电阻和微结构有显著影响.在室温下制备的薄膜AMR值几乎为零,随着基片温度的升高,薄膜各向异性磁电阻值随之增大,基片温度升至400℃时,薄膜各向异性磁电阻值达到最大,基片温度高于400℃时,薄膜各向异性磁电阻值趋于平稳;逐步增加坡莫合金薄膜缓冲层厚度,薄膜各向异性磁电阻值随之增大,当缓冲层厚度增至某一值时,薄膜AMR值达到最大,之后进一步增加缓冲层厚度,AMR值则急剧下降.以Ta为缓冲层,当缓冲层厚度为5nm时,样品各向异性磁电阻值最大,以(Ni81Fe19)1-xCrx为缓冲层,则缓冲层厚度为4nm,样品各向异性磁电阻值最大.以(Ni81Fe19)1-xCrx作为薄膜的缓冲层,坡莫合金薄膜AMR值及微结构与缓冲层中Cr的含量密切相关.随着Cr含量的增加,样品AMR值随之增大,当缓冲层中Cr含量为32％时,样品各向异性磁电阻最大,缓冲层中Cr含量高于32％时,样品AMR值则急剧下降.由XRD分析可见,当缓冲层中Cr含量x分别取20％,25％,32％,38％,44％时,颗粒平均直径D分别为10.68nm,13.87nm,23.10nm,18.26nm,13.31nm.由此可知,缓冲层中Cr的含量对薄膜晶粒尺寸影响明显.当缓冲层中Cr的含量为32％时,薄膜晶粒尺寸最大,结晶度高,颗粒大小分布也比较均匀.随着薄膜晶粒尺寸的增大,结晶度也随之提高,结晶度的提高减小了晶界面积,即减少了晶界对电子的散射,从而提高了薄膜AMR值.当Cr的含量高于或者低于32％时,都使得薄膜晶粒尺寸减少,结晶度降低,从而使薄膜AMR值降低.以Ta为缓冲层20nm坡莫合金薄膜的AMR值最大为3.5％,以(Ni81Fe19)1-xCrx为缓冲层20nm坡莫合金薄膜的AMR值最大为3.67％.

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第一章 绪论

1.1磁电阻效应

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 薄膜的制备与分析

2.1磁控溅射

2.2 X射线衍射(XRD)

2.4 原子力显微镜（AFM）

2.5 薄膜制备

第三章 坡莫合金薄膜各向异性磁电阻的研究

3.1基片温度对Ni81Fe19薄膜结构和各向异性磁电阻的影响3.1.1 引言

3.2超薄Ni81Fe19薄膜各向异性磁电阻及磁性能的研究3.2.1 引言

3.3缓冲层类型对超薄Ni81Fe19薄膜各向异性磁电阻的影响3.3.1 引言

第四章 总结

4.1 本论文的主要工作

4.2 今后工作的建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章

致谢