[发明专利]一种可提高交换偏置场大小和增强交换偏置稳定性的合金薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁电子学和磁性超薄膜材料技术领域，具体涉及一种可提高交换偏置场大小和增强交换偏置稳定性的合金薄膜及其制备方法。 

背景技术

交换偏置是一种存在于铁磁—反铁磁双层膜中的界面交换耦合现象。其在自旋电子学中有着非常广泛的应用，例如磁场传感器、自旋阀读出头、隧穿磁电阻读出头等等。在交换偏置中，铁磁层磁滞回线的中心偏离零场一定数值，并且矫顽力较单层铁磁层有所增大。进一步的测量表明，在交换偏置系统中，存在磁锻炼效应，系统在连续不断测量磁滞回线的过程中，交换偏置场和矫顽力都有所下降。通常用首次磁滞回线的交换偏置场与末次的交换偏置场的差值，同首次交换偏置场作比，所得的比值表征磁锻炼效应的大小。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种可提高交换偏置场大小和增强交换偏置稳定性的合金薄膜及其制备方法，以本发明提出的制备方法提高了合金薄膜的交换偏置场，降低了磁锻炼效应。 

本发明所提出的合金薄膜，其结构为，在玻璃或单晶硅或碳化硅的衬底上，从下至上依次为铜膜Cu(3～9nm)，镍铁膜NiFe(3～9nm)，铁锰氧化镁膜FeMn_(1-x)MgO_(x)(2～15nm)和金膜Au(6～9nm)，其中x是氧化镁在铁锰氧化镁中的掺杂体积比为0.01～0.025。 

本发明所提出的合金薄膜的制备方法，具体步骤如下： 

将清洗好的玻璃或单晶硅或碳化硅衬底放进磁控溅射仪的溅射腔内，等溅射腔的本底真空度降到8.0×10^-6Pa～3.0×10^-5Pa时，通氩气，氩气压维持在0.4～0.5Pa；采用磁控溅射方式，首先直流溅射Cu靶，功率在15～30W，电流为0.05A～0.1A，将Cu膜的溅射速率控制在0.85～1.7 /s；然后溅射NiFe靶，功率在45～60W，电流为0.15～0.20A，将NiFe膜的溅射速率控制在1.2～2.24 /s；再将FeMn靶和MgO靶共溅射，其中FeMn靶是直流溅射，功率在30～60W，电流为0.1～0.2A，MgO靶是射频溅射，频率为50～150MHz，偏压为200～400V，FeMn的溅射速率为1.1～1.5 /s，MgO的速率为0.008～0.0154 /s，生长得到FeMn_(1-x)MgO_(x) 膜；最后再溅射覆盖层Au，功率为20～35W，电流为0.15～0.17A，Au的溅射速率为 静置半小时至一小时后开腔，即制得合金薄膜。 

本发明所用磁控溅射仪为沈阳中科仪生产的JGP560型多靶超高真空磁控溅射仪。 

本发明对传统的交换偏置制备方法进行了改进，异于原子替位的方法进行反铁磁掺杂。由于该方法对交换偏置的性能有所改善(交换偏置场提高10-40％)，降低磁锻炼效应(比原效应降低5-20％)，因此这一发明将对交换偏置材料制备具有重大的潜在应用价值。 

附图说明

图1玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn(3nm)/Au(6nm)交换偏置样品及玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn_(0.975)MgO_(0.025)(3nm)/Au(6nm)交换偏置样品。比较在同样反铁磁厚度下，两个不同掺杂成分的样品磁滞回线，进而比较交换偏置场大小。 

图2玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn_(1-x)MgO_(x)(tnm)/Au(6nm)交换偏置样品t＝3，5，7。比较三种不同反铁磁厚度下的交换偏置场随MgO掺杂浓度的变化关系。 

图3玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn_(1-x)MgO_(x)(3nm)/Au(6nm)交换偏置样品。比较同一厚度反铁磁情况下，磁锻炼效应随MgO掺杂浓度的变化关系。 

具体实施方式

实施例1：玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn(3nm)/Au(6nm)交换偏置样品及玻璃/Cu(6nm)/NiFe(6nm)/FeMn_(0.975)MgO_(0.025)(3nm)/Au(6nm)交换偏置样品