磁性薄膜、超薄膜及圖形薄膜的磁性研究.pdf

1、隨著在磁性隨機存儲器和超高密度存儲技術(shù)中應(yīng)用的不斷拓展,近二十年來,磁性薄膜和超薄膜的結(jié)構(gòu)、基本磁性、層間耦合、界面狀況及其相關(guān)效應(yīng)一直是人們研究的熱點和難點之一.尤其是光刻成微米、亞微米尺寸的磁性單元陣列的圖形薄膜,由于和應(yīng)用的尺度直接相關(guān),且具有不尋常的磁特性,最近吸引了越來越多的興趣.該論文以鐵磁共振為主要研究手段,輔助以磁性和磁光測量,對外延于GaAs及InAs上的不同厚度的單晶Fe超薄膜、不同厚度的NiFe多晶薄膜和電子束光刻

2、的多晶NiFe和NiFeCo單層和三明治結(jié)構(gòu)的微米及亞微米矩形單元陣列圖形薄膜的磁性,特別是磁各向異性進行了較為系統(tǒng)的研究.主要結(jié)果如下:一、半導(dǎo)體襯底上外延生長Fe單晶超薄膜的磁性的研究;1.對襯底為GaAs外延生長的4.1-33原子層厚度(monolayer,簡稱ML)的Fe單晶超薄膜進行了鐵磁共振(FMR)和磁光研究,建立了理論模型對鐵磁共振實驗結(jié)果進行了模擬,重現(xiàn)了不同厚度的超薄膜,從納米團簇到兩相共存的過度階段直至連續(xù)薄膜結(jié)構(gòu)

3、與磁性的變化,特別是磁各向異性從單軸各向異性向立方各向異性轉(zhuǎn)變的演化過程.并計算出了薄膜各生長階段的有效磁化強度,回旋磁比及各向異性常數(shù).2.對于外延生長在InAs襯底上、厚度為8-25ML的超薄Fe單晶膜進行了鐵磁共振和磁光研究.二、多晶單層薄膜及圖形化薄膜磁性的研究;1.當多晶單層坡莫合金薄膜的厚度小于4nm時,薄膜的磁性發(fā)生異常,g因子增大、FMR線寬出現(xiàn)峰值以及磁化強度銳減等都說明在薄膜的界面可能存在著低磁性的合金混合層NiFe

4、-Ta或分層引起的不均勻性.2.NiFe單層膜中存在反走向磁滯回線,這是在薄膜邊界形成合金混合層的一個可能的直接證據(jù),我們用反鐵磁模型模擬了磁滯回線,與實驗中觀測到的磁滯回線有較好的符合.3.對NiFe矩形單元陣列圖形薄膜進行的FMR研究發(fā)現(xiàn),在矩形單元陣列圖形薄膜中確實存在平面內(nèi)形狀各向異性,在連續(xù)薄膜中,由于其橫向尺寸遠大于厚度,平面內(nèi)形狀各向異性很小,可略去.4.對于NiFeCo/Cu/NiFeCo三層矩形單元陣列圖形膜,當矩形單

5、元的矩形比一定時,隨著單元尺寸的減小,其共振場隨磁場在面內(nèi)的取向變化的振幅增大,這是由于平面形狀各向異性增大的緣故,與單層圖形薄膜的情況有所不同.5.對于NiFe和NiFeCo矩形單元陣列圖形單層薄膜,首次利用FMR對微米和亞微米單元中退磁場及磁化強度不均勻性進行了研究,提出非橢球型單元的退磁場可由準均勻與非均勻兩部分組成.6.當磁場沿圖形薄膜平面兩軸之間距難磁化軸10-20度的方向時,我們觀察到了主共振峰強度減弱甚至消失,線寬寬化,取