納米結構Co-ZnO顆粒膜的結構、磁性和磁電阻效應.pdf

1、自從在Fe/Cr金屬多層膜中發(fā)現巨磁電阻效應以后,人們相繼在磁性金屬/非磁性材料的多層膜,顆粒膜和磁性隧道結中都發(fā)現了磁電阻效應,并且在磁傳感器、計算機讀頭以及磁隨機存儲器等自旋器件中得以廣泛應用。但是金屬/絕緣體薄膜中存在一些缺點,如I-V特征曲線過寬、電阻過高和針孔效應的存在,這些不利因素的存在會給材料的應用帶來困難。而半導體材料具有較低的勢壘高度,能夠顯著的降低材料的電阻率,通過增加半導體的厚度,可以有效地避免針孔效應。盡管已經有

2、一些研究組報道了磁性金屬/半導體薄膜的室溫磁電阻效應,但是對如何進一步提高磁電阻值以及對磁電阻的產生機制并沒有一致的解釋。
　　本文采用磁控濺射超薄 Co和 ZnO層的方法制備了三個系列 Co-ZnO基顆粒膜(GF),研究了具有不同基片溫度的GF樣品、三明治結構的GF(400℃)/ZnO/GF(RT) GF(RT)樣品和ZnO中摻雜Al的三明治結構樣品的結構、磁性、磁電阻效應,以及層間耦合作用。主要研究內容如下:
　　(1)

3、在不同基片溫度(100℃、200℃、300℃和400℃)下沉積了GF膜,隨著基片溫度的升高,Co顆粒尺寸增大,薄膜由超順磁性向鐵磁性轉變,但是薄膜的室溫磁電阻值隨著沉積溫度的升高迅速減小,通過比較四個不同溫度下沉積的薄膜的磁性和磁電阻值,發(fā)現低溫下沉積的薄膜中磁性顆粒較小,有利于室溫磁電阻值的產生,而高溫下沉積的薄膜中磁性顆粒較大,有利于改善薄膜的磁性。
　　(2)為了獲得兼具大的磁電阻效應和優(yōu)異磁性的材料,我們設計了同時具有“熱

4、”、“冷”GF層的三明治結構薄膜,即GF(400℃)/ZnO(xnm)(RT)/GF(RT)(x=0,20,40 nm)樣品,由于頂、底GF層基片溫度一“冷”一“熱”,導致一個體系中存在兩種尺寸不同的 Co顆粒;三明治結構 GF(400℃)/ZnO/GF(RT)樣品的電阻可以看作是頂、底“熱”“冷”GF層和 ZnO中間層三者電阻并聯的結果,其磁電阻值相比室溫沉積的 GF薄膜迅速減小,該值更接近“熱”GF層,這源于“熱”GF層低的電阻值導

5、致整個樣品的電流大多流經底層“熱”的GF層,而且由于頂、底GF層之間存在著較強的耦合作用,導致樣品矯頑力減小。隨著 ZnO中間層厚度的增加,頂、底 GF層間耦合作用逐漸減弱,樣品的磁電阻值和磁性都得到了一定的改善。
　　(3)在 ZnO中摻入 Al,制備了 GF(400℃)/ZnO/[Co/ZnAlO]10樣品,我們發(fā)現Al的摻雜能有效調制頂層“冷”[Co/ZnAlO]10層的電阻,使其與底層“熱”GF層電阻相當,進而明顯改善樣品