一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于磁存儲【技術(shù)領(lǐng)域】,具體為一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。本發(fā)明通過對Ta/Cu底層進(jìn)行不同溫度下的在位加熱處理,研制出具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3-8/Ta多層膜結(jié)構(gòu),并且具有較強(qiáng)的垂直各向異性。再結(jié)合后續(xù)退火處理,可進(jìn)一步提高多層膜的垂直矯頑力。本發(fā)明的有益效果在于:其方法簡單,可有效提高基于較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力,進(jìn)而用于高性能的自旋電子器件的研究。
【專利說明】一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁存儲【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以[Co/ Ni]多層膜作為磁性層的垂直磁化巨磁電阻(GMR)結(jié)構(gòu),除具有熱穩(wěn)定性好、翻轉(zhuǎn)可靠、臨界翻轉(zhuǎn)電流低和無單元尺寸形狀限制等優(yōu)點(diǎn)之外,還具有自旋極化率高和阻尼系數(shù)低等特點(diǎn),因而在高密度自旋轉(zhuǎn)矩型磁性隨機(jī)存儲器(STT-MRAM)方面具有極大應(yīng)用前景。理論計算表明,Co、Ni厚度在一定范圍,且厚度比為1:2時,[Co/ Ni]多層膜具有垂直各向異性。MRAM的核心存儲單元是兩個磁性層中間夾一個非磁性層的三明治結(jié)構(gòu)。為了獲得高的巨磁電阻信號和低的臨界翻轉(zhuǎn)電流,自由層的矯頑力要盡量小,而參考層的則要盡量高。因此提高參考層多層膜的垂直矯頑力對實(shí)際應(yīng)用有重要的意義。使用后退火的方法可以提高多層膜的垂直矯頑力,但是,隨著退火溫度的升高,[Co/ Ni]多層膜磁性原子間的相互擴(kuò)散也變得劇烈,最終使得其失去垂直各向異性,限制了矯頑力的進(jìn)一步提高。此外,垂直矯頑力與種子層的厚度及晶格取向有很大關(guān)系,因此,在濺射[Co/ Ni]多層膜之前,需要事先生長一層有強(qiáng)(111)取向的種子層,如Au、Cu等。大量的實(shí)驗(yàn)表明,在一定范圍內(nèi),[Co/ Ni]多層膜的垂直矯頑力與種子層的厚度成正比,即在一定范圍內(nèi)種子層越厚,垂直矯頑力越大,直至飽和。但太厚的種子層會對流入多層膜的電流分流,造成臨界翻轉(zhuǎn)電流的增大和巨磁電阻信號的降低,不利于實(shí)際應(yīng)用。因此,在較薄種子層的前提下,探求提高多層膜矯頑力的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),對研發(fā)高性能的自旋電子器件至關(guān)重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。其方法簡單,可有效提高基于較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力,進(jìn)而用于高性能的自旋電子器件的研究。
[0004]本發(fā)明運(yùn)用在位熱處理的方法提高磁性多層膜的垂直矯頑力(Hz)本發(fā)明首
次對種子層進(jìn)行在位預(yù)退火處理,并對整個多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行后退火處理,最終研制出具有高垂直矯頑力的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明提供的一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法,具體步驟如下:
(1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩沖層和種子層;
(2)鍍好種子層后,進(jìn)行熱退火處理;熱處理溫度為300-550°C;
(3 )待溫度緩慢冷卻至室溫后,再濺射磁性層及保護(hù)層;得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
[0006]上述步驟(3)后,進(jìn)一步還包括步驟(4),其對得到的整個多層膜進(jìn)行后退火處理,具體條件為:真空下,熱處理溫度為200-250°C,其間沿垂直于膜面方向施加恒定磁場。[0007]上述步驟(2)、步驟(4)中進(jìn)行退火處理時,升溫速率為8-10°C /min;恒溫20min_60mino
[0008]上述襯底為玻璃襯底,所述緩沖層為Ta單層膜,種子層為Cu層,磁性層為
具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu),其中Co層在下,Ni層在上,N取值范圍為3-8 ;保護(hù)層為Ta層,得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結(jié)構(gòu)。
[0009]上述緩沖Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為2.0nm; Co層為0.28-0.35nm ; Ni層厚度為Co層的1.8-2倍,N為4或者6 ;保護(hù)Ta層厚度為5nm。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:其方法簡單,其基于較薄的種子層,得到高的垂直矯頑力。發(fā)明中對底層進(jìn)行在位熱處理后,垂直翻轉(zhuǎn)場(矯頑力Hc_)從139 Oe提高到318 Oe0
對整個多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行后火處理,提高了 4倍,高達(dá)620 Oe0同時,其單軸各
向異性常數(shù)治/最高可達(dá)
【權(quán)利要求】
1.一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法,其特征在于,具體步驟如下: (1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩沖層和種子層; (2)鍍好種子層后,進(jìn)行熱退火處理;熱退火處理溫度為300-550°C; (3)待溫度緩慢冷卻至室溫后,再依次通過磁控濺射法鍍磁性層及保護(hù)層,得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(3)后,還包括步驟(4),其對得到的整個多層膜進(jìn)行后退火處理,具體條件為:真空下,后退火處理溫度為200-250°C,其間沿垂直于膜面方向施加恒定磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于:步驟(2)、步驟(4)中進(jìn)行退火處理時,升溫速率為8-10°C /min ;恒溫20min_60min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:所述襯底為玻璃襯底,所述緩沖層為Ta單層膜,種子層為Cu層,磁性層為具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu),其中Co層在下,Ni層在上,N取值范圍為3-8 ;保護(hù)層為Ta層,得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:緩沖Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為.2.0nm ;Co層為0.28-0.35nm ;Ni層厚度為Co層的1.8-2倍,N為4 ;保護(hù)Ta層,厚度為5nm。
【文檔編號】H01L43/12GK103682087SQ201310734074
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張宗芝, 吳迪, 陳紹海, 金慶原 申請人:復(fù)旦大學(xué)