论文部分内容阅读
选用具有高自旋极化率材料作为垂直磁性隧道结(P-MTJ)时可以获得高的隧穿磁电阻(TMR),高磁晶各向异性材料用作磁记录媒介时可以提高存储单元的热稳定性从而避免因记录单元尺寸减小而引起的超顺磁效应。本论文以典型Heeusler型自旋零带隙半导体(SGS)材料CoFeMnSi和具有高磁晶各向异性Co基(Co-Zr、Co-Hf系)无稀土硬磁材料为研究对象,使用磁控溅射法在Si衬底上制备了结构为Ta/Pd铁磁层/MgO/Pd多层膜,通过改变铁磁层厚度、MgO厚度、退火温度以及界面结构详细探讨了三种体系的垂直磁各向异性(PMA)。研究了氢气对具有PMA效应的CoFeMnSi薄膜磁膜磁性的影响,同时通过C、N掺杂调控了Co-Zr、Co-Hf薄膜的硬磁性能.具体内容如下:首先通过调控镀膜工艺，探究了 CoFeMnSi层厚度、MgO层厚度、退火温度以及Pd/CoFeMnSi 和 CoFeMnSi/MgO 界面对 CoFeMnSi薄 PMA的影响。结果表明:Ta/Pd/CoFeMnSi(2.3 nm)/MgO(1.3 nm)/Pd结构经300℃退火后体系肯有最强的PMA效应，其回线矩形度为0.95,Keff值达到0.557×106 erg/cm3。改变测试气氛发现,氢气对该样品的磁性有显著的影响,当H2浓度由0增加至5%时,Mr由123.15 cmu/cm降低为30.75 emu/cm3,下降了75%,同时样品的PMA减弱,且该样品的磁性能在去除氢气后具有良好的可恢复性。其次研究了CoZr薄膜的硬磁性能,在Co、Zr原子比为14.31:2的CoZr薄膜中通过经入C膜制备[CoZr(2nm)C(5 nm)多层膜,薄膜经650℃退火后矫顽力为733Oe。基于CoFeMnSi薄膜PMA效应的研究结果,制备了Ta/Pd/CoZr(4.0nm)MgO/Pd多层薄膜,在300℃退火后薄膜获得了较强的PMA效应,且样品在磁场平行于膜面方向的矫顽力为1214Oe;微结构表征分析表明MgO能够调控CoZr薄膜的局域化学组成,从而促进Co11Zr2硬磁相生成,产生高的矫顽力。基于CoZr薄膜的研究方法,本实验进一步研完了CoHf薄膜的硬磁性能,通过反应溅射引入N元素对Co、Hf原子比为7.14:1的单层CoHf薄膜进行掺杂得到了矫顽力为722 Oe的磁性薄膜;引入C膜制备[CoHf(2 nm)C(8 nm)]4多层膜经650℃退火可提高其矫顽力至758Oe;通过TEM观察发现,其矫顽为来源于硬磁相Co-Hf相。Ta Pd CoHf(7.0 nm)/MgO/Pd样品经300℃退火后获得了较强的PMA效应,同时该样品在磁场平行于膜面方向的矫顽力为1229 Oe。