垂直磁化自旋阀的制备及其热稳定性研究

摘要

伴随着近年来自旋电子学的快速发展，人类对于电子自旋的认知不断走向深入，并在信息存储技术领域取得了广泛的应用。本文围绕自旋电子学中的垂直磁化磁性自旋阀和交换偏置作用的相关问题，主要开展了二方面研究：一是研究了[Co/Ni]多层膜的垂直各向异性，制备出垂直磁化赝自旋阀和有反铁磁层钉扎的偏置自旋阀；二是探讨了交换偏置作用对于垂直磁化薄膜热稳定性的影响问题。论文主要取得如下结果：
　　我们探索出制备[Co/Ni]n垂直各向异性多层膜结构的优化生长条件，分析了Co、Ni以及缓冲层Cu的厚度、[Co/Ni]周期数等因素对垂直各向异性的影响问题。我们发现，多层膜各层中Co/Ni的厚度为0.25/0.59(nm)时可以获得优异的垂直各向异性；增加缓冲层Cu的厚度可有效改善[Co/Ni]n的垂直各向异性，但过厚不利于自旋阀的磁电阻信号提高；增加[Co/Ni]的重复周期数，可以提高材料矫顽力，但当周期数超过8后，垂直各向异性将减弱。我们以[Co/Ni]垂直各向异性多层膜作为自由层和参考层，制备出赝自旋阀和FeMn钉扎型自旋阀，获得约7.7％的GMR信号。
　　我们研究了赝自旋阀和FeMn钉扎型自旋阀的热稳定性。我们发现赝自旋阀在200℃的较低温度下退火时GMR信号即明显下降，源于自由层和参考层之间的矫顽力差消失所导致；相比而言，FeMn钉扎型自旋阀的热稳定性却得到明显改善，直到300℃以上退火时信号才会明显降低。
　　我们讨论了交换偏置作用对于器件热稳定性的影响机理。在垂直各向异性(Co/Ni)N材料中引入反铁磁材料后，不仅能导致磁滞回线的偏移，而且能增强铁磁材料(Co/Ni)N的垂直各向异性，使得热稳定性提高。