專利名稱：利用表面活化劑對自旋閥改性的方法
技術領域：
本發明涉及巨磁電阻多層膜的制備方法，特別是涉及自旋閥巨磁電阻多層膜的改性。
背景技術：
自旋閥多層膜是近十幾年迅速發展起來的一種實用化的巨磁電阻材料，它在傳感器、計算機硬盤讀頭和磁電阻隨機存儲器(MRAM)等方面具有廣闊的應用前景。制備這種薄膜材料的關鍵是在多層膜的頂層沉積反鐵磁材料FeMn層，以使其與下面的軟磁層產生釘扎作用，在文獻B.Dieny，V.S.Speriosu，J S.Metin，S.S.P.Parkin，B.A.Gurney，P.Baumgart，and D.R.Wilhoit，J.Appl.Phys.，69，4774(1991).中提出的典型結構為單晶硅Si/鉭Ta(50)/鎳鐵NiFe(60)/銅Cu(22)/鎳鐵NiFe(40)/鐵錳FeMn(70)/鉭Ta(50)，鉭Ta分別為非磁性的緩沖層和保護層。這種結構的自旋閥多層膜雖然可以用來制作有關磁電阻器件，但是，正如文獻Yu Guanghua，Li Minghua，Zhu Fengwu，JiangHongwei，Lai Wuyan，and Chai Chunlin，Chin.Phys.Lett.，18，1245(2001)。報道的那樣，由于隔離Cu層原子容易偏析到NiFe/FeMn界面，導致該自旋閥巨磁電阻多層膜的交換耦合場下降，從而影響其磁學穩定性。目前，為了提高器件的磁學穩定性，需要盡可能地增大反鐵磁材料和鐵磁材料之間的交換耦合場Hex。文獻A.E.Berkowitz，Kentaro Takano，J.Magn.Magn.Mater.，200，552(1999)中提出通常采用的方法是用IrMn、PtMn和PdPtMn等反鐵磁材料替代FeMn材料。這樣做，固然提高了交換耦合場Hex，增加了磁學穩定性，但也帶來了新的問題。因為首先是這些貴金屬錳合金反鐵磁材料比較昂貴，另外，基于這些反鐵磁材料的自旋閥多層膜制備完畢后，有的薄膜交換耦合場Hex很小，甚至為零，需要進行磁場熱處理使得交換耦合系統磁有序，才能達到較高的交換耦合場Hex。所以，由于這兩個原因將導致成本大大增加。
發明內容
本發明提出將表面活化劑Bi插入典型的自旋閥NiFe/Cu/NiFe/FeMn結構中，不僅可以提高NiFe和FeMn間的交換耦合場Hex，增加自旋閥的磁學穩定性，同時，可以降低有關器件制作成本。
本發明是在Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta結構中的Cu層和被釘扎的NiFe層之間插入少量的表面活化劑Bi，以制備出性能改進的自旋閥巨磁電阻多層膜。制備過程是在磁控濺射儀中進行，將清洗干凈的玻璃基片或單晶硅基片上依次沉積鉭Ta(50～120)/鎳鐵NiFe(60～100)/銅Cu(23～30)/Bi(2～30)/鎳鐵NiFe(35～60)/鐵錳FeMn(70～150)/鉭Ta(50～90)，Ta層分別作為緩沖層和防氧化保護層。濺射室本底真空度為1×10-5～6×10-5Pa，濺射時氬氣(99.99％)壓為0.4～0.7Pa；基片用循環水冷卻，平行于基片方向加有150～250Oe的磁場，以誘發一個易磁化方向。
本發明由于采用表面活化劑Bi插入自旋閥巨磁電阻多層膜膜中，使表面活化劑Bi與Cu和NiFe相比有較小的表面自由能以及較快的表面擴散能力，能夠抑制Cu原子在NiFe/FeMn界面的偏聚。因而自旋閥巨磁電阻多層膜的交換耦合不會受到任何雜質的影響，其交換耦合場Hex比不插Bi的自旋閥的交換耦合場Hex提高最大可達60％，具有制備方便、不需要磁場熱處理、成本低、交換耦合場Hex提高明顯等優點。
圖1為自旋閥巨磁電阻多層膜Ta(60)/鎳鐵NiFe(70)/銅Cu(26)/Bi(χ)/鎳鐵NiFe(45)/鐵錳FeMn(120)/鉭Ta(60)的交換耦合場Hex同插入Bi層厚度χ的關系曲線。
具體實施例方式在磁控濺射儀中制備自旋閥巨磁電阻多層膜。首先將玻璃基片用有機化學溶劑和去離子水超聲清洗，然后裝入濺射室樣品基座上。基片用循環水冷卻，平行于基片方向加有250 Oe的磁場。濺射室本底真空4×10-5Pa，在濺射時氬氣(純度為99.99％)壓為0.5Pa的條件下依次沉積鉭Ta(60)/鎳鐵NiFe(70)/銅Cu(26)/Bi(12)/鎳鐵NiFe(45)/鐵錳FeMn(120)/鉭Ta(60)。從圖1交換耦合場Hex同插入Bi層厚度χ的關系曲線中可以看出，插入12厚的活化劑Bi時自旋閥中NiFe/FeMn間交換耦合場Hex與不插入活化劑Bi時相比提高了60％。
權利要求
1.一種利用表面活化劑對自旋閥改性的方法，在磁控濺射儀中，將清洗干凈的玻璃基片或單晶硅基片上沉積Ta、NiFe、Cu、NiFe、FeMn、Ta，其特征在于，沉積的順序依次是鉭Ta(50～120)/鎳鐵NiFe(60～100)/銅Cu(23～30)/Bi(2～30)/鎳鐵NiFe(35～60)/鐵錳FeMn(70～150)/鉭Ta(50～90)。
2.如權利要求1所述的利用表面活化劑對自旋閥改性的方法，其特征在于，濺射室本底真空度為1×10-5～6×10-5Pa，濺射時氬氣壓為0.4～0.7Pa，基片用循環水冷卻，平行于基片方向加有150～250 Oe的磁場。
全文摘要
一種利用表面活化劑對自旋閥改性的方法,涉及巨磁電阻多層膜的制備方法。本方法是將清洗干凈的玻璃基片上依次沉積鉭Ta(50～120A)/鎳鐵NiFe(60～100A)/銅Cu(23～30A)/Bi(2～30A)/鎳鐵NiFe(35～60A)/鐵錳FeMn(70～150A)/鉭Ta(50～90A)。本發明由于采用表面活化劑Bi插入自旋閥巨磁電阻多層膜膜中,其交換耦合場H
文檔編號G11B5/39GK1381909SQ0210367
公開日2002年11月27日 申請日期2002年2月8日 優先權日2002年2月8日
發明者朱逢吾, 于廣華, 賴武彥, 滕蛟 申請人:北京科技大學