納米晶鐵鈷基金屬和氧化物磁性多層膜性能及應(yīng)用研究.pdf

1、電子元器件正向微型化、薄膜化、高頻化、集成化等方向發(fā)展，勢(shì)必對(duì)其所使用的材料提出更高的要求。為適應(yīng)磁性器件發(fā)展的需要，具有高磁導(dǎo)率，頻率高達(dá)幾百兆赫茲甚至上吉赫茲頻段的軟磁薄膜、永磁薄膜、巨磁電阻薄膜成為磁性薄膜材料研究領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)，這些材料被廣泛應(yīng)用于微電感、微變壓器、硬盤(pán)記錄磁頭、電磁噪聲抑制器、高頻磁傳感器等領(lǐng)域。本論文從高頻FeCo軟磁薄膜、鈷鐵氧體(CoFe2O4)薄膜和CoNbZr/Co/Cu/Co/Sm2Fe17Nδ自旋

2、閥薄膜系的制備工藝、表征、測(cè)試分析及性能優(yōu)化出發(fā)，探尋影響和提高薄膜性能的因素。主要工作有：
　　 采用NiFe、CoNbZr為底層，制備了NiFe/FeCo、CoNbZr/FeCo雙層薄膜系列。研究了Ar氣壓、FeCo厚度、濺射功率等對(duì)雙層膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，NiFe(3nm)/FeCo(40nm)及CoNbZr(2nm)/FeCo(40nm)雙層膜具有良好的軟磁性能，其難易軸的矯頑力分別為Hch=1.5Oe、Hce=

3、3.7Oe和Hch=1.8Oe、Hce=3.9Oe。研究了傾斜沉積對(duì)薄膜磁性能的影響，發(fā)現(xiàn)傾斜沉積可以增大雙層薄膜樣品的單軸各向異性Hk。當(dāng)傾斜角度為30°時(shí)，Hk從垂直沉積時(shí)的20Oe增加為80Oe，當(dāng)傾斜角度為60°時(shí)，Hk增大至250Oe。
　　 為進(jìn)一步提高薄膜樣品的電阻率以及面內(nèi)單軸各向異性場(chǎng)Hk，本文研究了金屬和氧化物復(fù)合薄膜。在Ar和O2的混合氣氛中制備了NiFe/FeCo/FeCoO、NiFe/FeCo/NiO多

4、層膜系。從短路微帶線法測(cè)試的磁譜可以看到，薄膜的共振頻率大于2GHz，相對(duì)起始磁導(dǎo)率在400左右。另外，通過(guò)氧化層的添加，多層薄膜的軟磁性能得到了進(jìn)一步提高，單軸各向異性場(chǎng)Hk較雙層膜略有增加，電阻率提高到了170μΩ·cm。
　　 針對(duì)垂直磁記錄，采用電化學(xué)沉積氧化法制備了CoFe2O4/Cu/Si薄膜，并與射頻磁控濺射制備的CoFe2O4/Cu/Si薄膜磁性能及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比研究。采用電化學(xué)沉積，詳細(xì)研究了糖精濃度、主鹽

5、濃度、電流密度、PH值、鍍液溫度等對(duì)鍍層成分和沉積速率的影響。將電化學(xué)沉積獲得的CoFe2薄膜在700℃下退火，制備了具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)的CoFe2O4薄膜，其垂直和平行膜面方向的矯頑力達(dá)到了2156Oe和940Oe，且垂直膜面方向飽和磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度和矩形度達(dá)到了310.2kA/m、218.3kA/m和0.62，進(jìn)一步升高退火溫度至900℃，獲得了最大的垂直方向矩形度(～0.78)。另一方面，我們采用磁控濺射制備CoFe2O4/

6、Cu/Si薄膜，經(jīng)退火處理后，該薄膜同樣具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)，薄膜平行和垂直膜面方向矯頑力分別為3145Oe和9000Oe，垂直膜面方向飽和磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度和矩形度分別為388.2kA/m、275.3kA/m和0.71，900℃下退火可獲得最大垂直方向矩形度(～0.82)。
　　 建立了自旋閥讀磁頭的物理模型，首次提出永磁薄膜作為釘扎層的思想。在一般自旋閥結(jié)構(gòu)中，自發(fā)磁化角θ1、θ2在計(jì)算中極其難以求出，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)中采取永磁