【摘 要】
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随着科学技术的飞速发展,人们对存储器件性能的要求越来越高。研究表明,基于垂直磁各向异性（PMA）材料的磁随机存储器（MRAM）,拥有赶超动态存储器的存储密度和读写速度,且具有闪存的非易失性等优点,是下一代最有竞争力的存储器。因此与MRAM性能密切相关的PMA材料成为当前研究热点之一。铁磁（FM）/氧化物（OX）多层膜和铁磁（FM）/重金属（HM）多层膜,由于更加符合MRAM的性能要求,是当前研究最
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随着科学技术的飞速发展,人们对存储器件性能的要求越来越高。研究表明,基于垂直磁各向异性（PMA）材料的磁随机存储器（MRAM）,拥有赶超动态存储器的存储密度和读写速度,且具有闪存的非易失性等优点,是下一代最有竞争力的存储器。因此与MRAM性能密切相关的PMA材料成为当前研究热点之一。铁磁（FM）/氧化物（OX）多层膜和铁磁（FM）/重金属（HM）多层膜,由于更加符合MRAM的性能要求,是当前研究最为广泛的PMA材料。目前,研究人员对多层膜中氧化物的选择多局限于MgO或MgAl2O4等非磁性氧化物,使用反铁磁氧化物和铁磁氧化物的研究很少报道。近年来的研究表明,Co2MnSi具有高自旋极化率、小吉尔伯特阻尼系数和高居里温度等各种优点,是制备MRAM的理想材料。因此,本论文分别研究了Co2MnSi/反铁磁氧化物（Co3O4）和Co2MnSi/铁磁氧化物（NiFe2O4）多层膜的PMA。另外,考虑到多层膜结构的PMA主要源于界面相互作用,我们还详细探究了增加HM/FM界面对多层膜PMA的影响。具体研究内容和主要研究结果如下:利用磁控溅射技术制备了“重金属（HM）/铁磁（FM）/反铁磁（AFM）氧化物”结构的Pd/Co2MnSi（CMS）/Co3O4多层膜。利用XRD和AGM对样品进行了表征。由于Co3O4的反铁磁性质,使这种双界面结构具有三重界面效应,即HM/FM、FM/OX和FM/AFM。Pd/CMS/Co3O4结构对铁磁层厚度非常敏感,CMS为6nm时该结构具有最好的PMA,其最大磁各向异性能量密度(Keff)为0.583 Merg/cm~3,并且可以在CMS厚度为3.5-8nm范围内保持PMA特性。多层膜PMA的实现也依赖于Co3O4层的厚度,Co3O4为0.6nm时样品的PMA最佳。在CMS中插入一个Pd薄层,形成Pd/CMS/Pd/CMS/Co3O4/Pd结构,可有效增强多层膜的PMA和饱和磁化强度。插入0.8nm厚度Pd层的Pd/CMS/Pd/CMS/Co3O4/Pd结构的Keff最大为0.680Merg/cm~3,比CMS中不插入Pd层的样品提高了15%。Co3O4的结晶质量与溅射沉积功率有关,并进一步影响多层膜界面的平整度,进而影响薄膜PMA。在Pd（6）/CMS（t）/Pd（6）多层膜结构中的CMS中插入0.8nm Pd层,形成具有着四重Pd/CMS作用界面的Pd（6）/CMS（t/2）/Pd（0.8）/CMS（t/2）/Pd（6）多层膜结构。当t=7nm时,薄膜PMA达到最大,其Keff值为0.396erg/cm~3,比未插入Pd层之前的原多层膜结构(Keff=0.260erg/cm~3)提高了52.3%。表明增加Pd/CMS界面能有效提高薄膜的PMA性能。以CMS（3.5）/Pd（0.8）为周期单元构建了Pd（6）/[CMS（3.5）/Pd（0.8）]NCMS（3.5）/Pd（6）多层膜结构,当N=1时PMA达到峰值,说明适度增加Pd/CMS界面可以增加薄膜的PMA,但随着更多Pd/CMS界面的增加,CMS总厚度增加,薄膜退磁能增强,反而会抵消增加的界面作用,使多层膜PMA减弱,并进而转变为IMA。此外,当N=4和5时,Keff值与相应的磁滞回线出现表达不一致的情况,并在N=5和N=6时出现膜面内的交换偏置效应。利用磁控溅射技术制备了Pd/Co2MnSi（CMS）/NiFe2O4（NFO）/Pd多层膜。通过调整CMS层和NFO层厚度,在Pd（3nm）/CMS（5nm）/NFO（0.8nm）/Pd（3nm）结构中获得了最佳的PMA性能,Keff值为0.6711 Merg/cm~3。溅射完NFO层后,使NFO的表面暴露在氧气氛围中适当时间,可以消除NFO中的氧损失和氧空位,确保在CMS/NFO界面上有足够的Co-O轨道杂化,从而有效地提高样品PMA。另外,实验发现使用F-mica基片制备的样品比玻璃和Si/SiO2衬底制备的样品有着更大的RHall和HC,Keff值也有显著提高,比使用玻璃和Si/SiO2基片的样品Keff值提高了30%。
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