磁性多层膜的垂直各向异性及巨磁电阻效应研究

摘要

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0.22-0.40 nm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0.45 nm的多层膜垂直各向异性增大，而CoFeB厚度为0.22 nm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[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％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 巨磁电阻效应及其应用

1．1．1 巨磁电阻效应

1．1．2 自旋阀和磁性隧道结在磁性随机存储器的应用

1．2 垂直磁化自旋阀结构及优点

1．3 垂直磁各向异性

1．4．垂直磁材料的分类

1．5．小结

第二章 样品的制备与测量

2．1．样品的制备

2．1．1．薄膜的制备

2．1．2．磁场热处理

2．2．样品的测量

2．2．1．磁性的测量

2．2．2．磁电阻的测量

2．2．3．微结构的测量

第三章 [CoFeB／Pt]5垂直各向异性研究

3．1．研究背景介绍

3．2．样品的制备方法

3．3．结果与讨论

3．3．1．[CoFeB／Pt]N多层膜厚度对垂直各向异性的影响

3．3．2．[CoFeB／Pt]5多层膜的热稳定性研究

3．4．小结

第四章 TbFe与[Co／Ni]N耦合自旋阀

4．1．研究背景介绍

4．2．样品的制备

4．3．结果与讨论

4．3．1．TbFe成分比对磁性的影响

4．3．2．不同厚度TbFe与[Co／Ni]5的耦合

4．3．3．磁性层[Co／Ni]N多层膜的周期数N对垂直矫顽力的影响

4．3．4．[Co／Ni]N／TbFe耦合结构自旋阀

4．4．小结

第五章 总结与展望

参考文献

硕士期间已发表论文

致谢

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