新种子层NiFeNb对坡莫合金电阻率和磁电阻的影响

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本文简单介绍了磁电阻(MR)效应的研究进展,应用和来源,以及坡莫合金薄膜磁电阻效应的研究状况。以NiFeNb三元合金为新的种子层,采用直流磁控溅射技术制备了不同Nb含量x,种子层厚度d和NiFe厚度t的(Ni82Fe18)1-xNbx(d)/Ni82Fe18(t)/Ta(30A)坡莫合金系列薄膜,并对部分样品进行了退火处理。对样品的微结构、MR曲线、磁滞回线和种子层中Nb含量进行了测量。利用Origin软件对样品的电阻率ρ和MR随工艺条件(x、d和t)的变化进行了非线性拟合。对退火前后样品的电阻率和MR进行了比较。利用Scherrer公式结合X—衍射仪参数表对样品颗粒大小进行了估算。从样品微结构角度,利用Th.G.S.Rijks采用的类似于Furchs—Jondheimer理论的半经典模型和自旋相关散射理论对实验结果进行了解释。最后利用固体物理理论,提出微观模型,对种子层对坡莫合金微结构从而对其电阻率和MR影响的机理进行了探讨。 我们的主要工作和结论如下: 1、在不同工艺条件下制备了坡莫合金系列膜并对其微结构进行了测量。结果表明:尽管工艺条件不同,但NiFeNb作为种子层均能使坡莫合金生长成单一、明显地fcc(111)织构。该结构正是坡莫合金的易磁化方向。通过Scherrer公式估算的样品颗粒粒径在28.63m~47.72nm之间,且随工艺条件不同,颗粒大小不同。 2、详细研究了样品电阻率和MR随工艺条件(x、d和t)的变化。我们发现:①样品的电阻率和MR随Nb含量x的变化分别在x=27.1%和x=24.4%附近出现尖锐峰值。当x>32%或x<23%时ρ几乎不变;当x>27.1或x<20.5%时MR几乎不变。②随NiFe厚度t增大,样品电阻率近似与t-17.5成反比下降,但在27.5nm<t<35nm时有微小突出,当t>40nm后变化缓慢;而MR随t增大而非线性地增大,当t>40nm后逐渐趋向饱和。③随种子层厚度d增大,样品电阻率先非线性减小(但趋势逐渐变缓),直到d=4.3nm时达到极小值,之后有所增大,但幅度很小,直到d 中文摘要一6.onm后达到饱和。④退火处理一定程度地增大了坡莫合金的电阻率,最大增幅为14.5%;较大幅度地增大了样品的MR 最大增幅达108%。由于退火温度仅为200t,适合于一般的工艺,故退火对以NIFeNb为种子层的坡莫合金在传感器中的推广应用极为有利。3、结合样品微结构,利用 h.G.S.Rijks采用的类似于 Furchs—Jondheimer理论的半经典模型,自旋相关散射理论和金属电导理论详细地解释了样品电阻率和MR随x、d和!的变化。我们认为:不同工艺条件下制备的样品,其颗粒粒径不同导致内禀散射和来自颗粒边界或表面的散射不同,加织构不同和对电子球对称性的破坏不同,导致了样品电阻率和MR的不同。4、利用Oropn软件对样品电阻率和MR随x、d和t的变化进行了非线性拟合,得到样品电阻率和MR随工艺条件的定量变化关系。5、利用界面粗糙度和固体物理理论,提出微观模型,对种子层对坡莫合金微结构从而对其磁滞回线的影响从微观上进行了探讨。结果表明:种子层中 Nb含量 x和 NIFe厚度 d的不同导致种子层表面粗糙度不同,进而使在它上面生长的坡莫合金具有不同粒径的颗粒分布。 总之,以NIFeNb作为种子层,能较大改善坡莫合金微结构,提高其电阻率MR从而减小坡莫合金在传感器中的分流效应和增大其灵敏度,因此NIFeNb可以作为替代Ta的种子层。
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