專利名稱：：一種垂直磁各向異性多層膜的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于磁性材料領域，特別涉及一種新型垂直磁各向異性多層膜，其易磁化軸方向垂直于薄膜平面。
背景技術：
：信息存儲單元的尺寸決定了存儲密度的高低，近年來存儲單元的尺寸日益減小，使得磁存儲密度不斷提高，因此磁存儲技術得以飛速發(fā)展。磁存儲薄膜的磁化方向分為平行于膜面和垂直于膜面，即平面內磁各向異性薄膜和垂直磁各向異性薄膜。目前廣為使用的磁性金屬納米薄膜的磁化方向均為平面內磁各向異性，當該種薄膜的尺寸降低到亞微米以下時，會出現(xiàn)磁化巻縮(magnetizationcurling)、渦流磁化(Vortexmagnetization)，甚至超順磁性等現(xiàn)象，因此抑制了存儲密度的進一步提高。采用垂直磁各向異性薄膜為存儲單元能夠解決尺寸效應引入的綜合磁性質退化。垂直磁各向異性金屬納米多層膜是S.Maat等人在2001年提出的[S.Maatetal.，Phys.Rev.Lett.87，087202(2001)]，該薄膜的磁各向異性的易軸垂直于膜面，當其被加工到亞微米甚至更小的尺寸時，可以同時克服磁化巻縮、渦流磁疇和超順磁等平面內磁各向異性磁性膜的致命缺陷。由此可見，垂直磁各向異性薄膜材料是解決磁存儲技術發(fā)展所遇到的尺寸瓶頸問題的關鍵材料，它為提高磁存儲密度提供了一種有效的途徑。目前垂直磁各向異性薄膜主要有(Co/Pt)n，(Co/Ni)n，F(xiàn)ePt和TbCoFe等結構(n表示雙層膜重復次數(shù))[H.Sakuraietal.，J.Appl.Phys.102，013902(2007)]。但迄今為止，所有垂直磁各向異性薄膜的性能都不是很理想，具體表現(xiàn)在它們的矯頑力過高，難以翻轉，不適合用作計算機讀出磁頭或磁場傳感器。例如目前最常用的TbCoFe材料，其矯頑力在10000e以上。
發(fā)明內容本發(fā)明目的在于提供一種垂直磁各向異性周期性多層膜[Ni(x)/Cc^MZ(y)]n，以獲得一種易磁化軸垂直于薄膜平面方向的垂直磁各向異性薄膜，這種新型薄膜材料不僅能夠克服小尺寸下的磁巻縮和渦旋磁疇結構，而且具有低的矯頑力，適合應用在新型磁性存儲或傳感器件中?！N垂直磁各向異性多層膜，多層膜結構為[Ni(x)/Co2MZ(y)]n，其中Co2MZ為1^、B2或A2結構的半金屬Heusler合金組分，M為Fe、Cr、Mn等元素，Z為Al、Si、Ge、B等元素，結構中，M位置為一種或兩種元素占據(jù)，Z位置也為一種或兩種元素占據(jù)。具體占據(jù)的比例不作要求，但要求保證Co:M:Z的原子比為2:1:1。x、y為各層膜厚度(0.6nm<x<20nm，0.4nm<y<5nm)，n為周期結構[Ni(x)/Co2MZ(y)]的重復數(shù)目(2<n<20)。通過選擇不同種類的Co2MZ半金屬Heusler合金組分，調節(jié)重復單元的厚度x、y，以及重復單元數(shù)目n，可以實現(xiàn)薄膜的矯頑力在100e到10000e間調節(jié)，垂直磁各向異性場介于50000e到100000e區(qū)間，40(TC退火后薄膜仍保持垂直磁各向異性。本發(fā)明的優(yōu)點在于:[Ni(x)/Co2MZ(y)]n多層膜在0.6nm<x<20nm，0.4nm<y<5nm且2<n<20范圍內為垂直磁各向異性，具有高垂直磁各向異性場，通過控制Ni層與Co2MZ層厚度，使矯頑力在100e到lOOOOe范圍內可調，并顯著低于TbCoFe等傳統(tǒng)垂直磁各向異性膜的矯頑力。因此該多層膜材料可以作為鐵磁層應用于垂直自旋閥或磁隧道結中，應用時能夠克服小尺寸下的磁巻縮和渦旋磁疇結構，矯頑力可調，且具備半金屬磁性材料的磁特性，能夠滿足超高靈敏度和存儲密度的磁傳感器或存儲器的使用要求。具體實施例方式根據(jù)上述多層膜組分和結構，采用磁控共濺射法制備了下列20種[Ni(x)/Cc^MZ(y)]n多層膜，其特點是Cc^MZ為L2"B2或A2結構的半金屬Heusler合金組分，M為Fe、Cr、Mn等元素，Z為Al、Si、Ge、B等元素。序號材料組分易磁化軸方向垂直磁各向異性場(0e)垂直膜面方向的矯頑力(0e)1[Ni(l)/Co2FeAl(0.4)]2垂直膜面9000162[Ni(l)/Co2FeAl(0.6)]2。垂直膜面100008003[Ni(l.5)/Co2FeSi(0.8)]8垂直膜面■01004[Ni(2)/Co2FeSi(0.6)]丄。垂直膜面85001205[Ni(0.6)/Co2FeAl0.5Si0.5(0.4)]2垂直膜面10000106[Ni(l)/CO2FeAl0.5Si0.5(0.4)]20垂直膜面100004607[Ni(2)/CO2FeSi0.75B0.25(l)]3垂直膜面■01508[Ni(3)/CO2FeSi0.75B0.25(l)]10垂直膜面90005209[Ni(2)/Co2CrAl(0.8)]4垂直膜面70009010[Ni(5)/Co2CrAl(0.6)]8垂直膜面1000018011[Ni(2)/CO2Cr0.5Fe0.5Al(l)]8垂直膜面750032012[Ni(3)/Co2Cr0.5Fe0.5Al(2)]4垂直膜面■056013[Ni(5)/Co2Cr。.5Fe。.5Si(0.6)]5垂直膜面900022014[Ni(l)/Co2MnSi(0.6)]5垂直膜面70002904<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>如上表所示，上述[Ni(x)/Cc^MZ(y)]n多層膜均呈垂直磁各向異性，垂直磁各向異性場介于50000e到lOOOOOe之間，矯頑力介于lOOe到lOOOOe之間。抽樣測試表明，薄膜在40(TC退火后仍保持垂直磁各向異性。權利要求一種垂直磁各向異性多層膜，其特征在于多層膜結構為[Ni(x)/Co2MZ(y)]n，Co2MZ為L21、B2或A2結構的半金屬Heusler合金組分，M為Fe、Cr或Mn元素，Z為Al、Si、Ge或B元素，結構中，M位置為一種或兩種元素占據(jù)，Z位置也為一種或兩種元素占據(jù)，具體占據(jù)的比例不作要求，但要求保證Co∶M∶Z的原子比為2∶1∶1；各層膜厚度x、y為0.6nm＜x＜20nm，0.4nm＜y＜5nm，[Ni(x)/Co2MZ(y)]周期結構的重復數(shù)目為2＜n＜20。2.如權利要求1所述的垂直磁各向異性多層膜，其特征在于薄膜的矯頑力在lOOe到lOOOOe間，垂直磁各向異性場介于50000e到lOOOOOe區(qū)間，40(TC退火后薄膜仍保持垂直磁各向異性。全文摘要一種垂直磁各向異性多層膜[Ni(x)/Co2MZ(y)]n，其易磁化軸方向垂直于薄膜平面，屬于磁性材料領域。其特征在于Co2MZ為L21、B2或A2結構的半金屬Heusler合金組分，M為Fe、Cr、Mn等元素，Z為Al、Si、Ge、B等元素，各層膜厚度x、y為0.6nm＜x＜20nm，0.4nm＜y＜5nm，[Ni(x)/Co2MZ(y)]周期結構的重復數(shù)目為2＜n＜20。本發(fā)明的優(yōu)點在于該薄膜具有高垂直磁各向異性場，可以通過控制Ni層與Co2MZ層的厚度調節(jié)矯頑力，并顯著低于傳統(tǒng)垂直磁各向異性膜的矯頑力，因此它可以用作垂直自旋閥或磁隧道結中的鐵磁層，應用時能夠克服小尺寸下的磁卷縮和渦旋磁疇結構，且矯頑力可調，能夠滿足超高靈敏度和存儲密度的磁傳感器或存儲器的使用要求。文檔編號H01F10/10GK101752051SQ201010119180公開日2010年6月23日申請日期2010年3月5日優(yōu)先權日2010年3月5日發(fā)明者姜勇,張德林,徐曉光,李曉其申請人:北京科技大學