Y2O3插層和Nb緩沖層對(duì)NiFe薄膜各向異性磁電阻的影響.pdf

1、N iF e多層膜一直是各向異性磁電阻材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。為滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)器件尺寸的嚴(yán)格要求，需要在NiFe薄膜盡可能薄的條件下改善NiFe薄膜的磁性能。根據(jù)實(shí)際需求，本實(shí)驗(yàn)主要研究了提高較薄NiFe多層膜的AMR值等磁性能的方法。實(shí)驗(yàn)中主要制備了以下幾個(gè)系列薄膜：Ta(4nm)/Y2O3(0)t/Ni81Fe19(20nm)/Y2O3(t)/Ta(3nm)、 Ta(4nm)/Ag(t)/Ni81Fe19(20nm)/Ag(t)/Ta

2、(3nm)和Nb(t)/Ni81Fe19(20nm)/Nb(3nm)。利用非共線四探針法、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)、X射線衍射儀和原子力顯微鏡分別測(cè)量分析制得樣品的AMR值、磁滯回線、薄膜微結(jié)構(gòu)和表面形貌。分析研究Y2O3氧化插層厚度、特殊反射層A g層、緩沖層Nb層厚度和基片溫度對(duì)NiFe多層膜各向異性磁電阻和其它磁性能的影響，得出如下結(jié)論：
　　(1)對(duì)于薄膜：Ta(4nm)/Y2O3(t)/Ni81Fe19(20nm)/Y2O3(t)

3、/Ta(3nm)，Y2O3插層厚度的改變會(huì)對(duì)薄膜AMR值產(chǎn)生很大影響。NiFe多層膜的AMR值會(huì)隨著Y2O3厚度的增加先增大后減小。在t＜2.5nm時(shí)，薄膜的AMR值增大；在2.5nm

4、量有所提高，使其AMR值提高。
　　(2)薄膜樣品 Ta(4nm)/Ag(t)/Ni81Fe19(20nm)/Ag(t)/Ta(3nm)的AMR值會(huì)隨著特殊反射層Ag層的厚度變化而產(chǎn)生變化。當(dāng)Ag層厚度為1nm時(shí)，NiFe多層膜達(dá)到最大AMR值為2.88%，較不加Ag層的2.61%略有增加。
　　(3)適當(dāng)厚度的緩沖層Nb層能夠改善薄膜的微結(jié)構(gòu)，提高薄膜的磁性能。對(duì)于Nb(t)/Ni81Fe19(20nm)/Nb(3nm)薄

5、膜，隨著緩沖層厚度的增加，NiFe多層膜的AMR值和磁場(chǎng)靈敏度都先增大后減小，并且在t=3nm的條件下取得最大值,AMR最大值為3.39%，磁場(chǎng)靈敏度為4.53×10-3m.A。3 n m的緩沖層N b層能夠改善NiFe薄膜的結(jié)晶性進(jìn)而提高薄膜的磁性能。當(dāng)N b層厚度進(jìn)一步提高，緩沖層對(duì)薄膜磁性能的改善作用不再增強(qiáng)。由于N b的高電阻率，Nb層厚度的增大會(huì)影響薄膜的電阻率，從而使得NiFe多層膜AMR減小。當(dāng)緩沖層厚度戶3nm時(shí)，NiF

6、e多層膜的磁性能達(dá)到最佳。并且Nb(3nm)/Ni81Fe19(20nm)/Nb(3nm)的AMR值為3.39%比Ta(4nm)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)的AMR值提高了26%，其他磁性能也有所提高。由此可見，Nb作為緩沖層在提高NiFe多層膜磁性能方面要優(yōu)于Ta。基片溫度對(duì)Nb(3nm)/Ni81Fe19(20nm)/Nb(3nm)薄膜的各向異性磁電阻效應(yīng)等磁性能也具有明顯影響。在基片溫度T^500℃時(shí)，隨著T的增

7、大，薄膜的AMR值和磁場(chǎng)靈敏度逐漸增大。在 T=500℃時(shí)，薄膜的AMR值和磁場(chǎng)靈敏度均取得最大值分別為3.76%和7.49×10-3m. A。另一方面薄膜的磁電阻飽和場(chǎng)和電阻率逐漸減小。在 T=500℃時(shí)，飽和場(chǎng)與電阻率取得最小值分別為502A.m-1和1.8102×10-7Ω·m。在 T>500℃時(shí)，薄膜的AMR值和磁場(chǎng)靈敏度有所降低，飽和場(chǎng)和電阻率增大。因此當(dāng)T=500℃時(shí)，NiFe多層膜的磁性能最佳。由X射線衍射分析和原子力顯微