[发明专利]一种可调控垂直交换耦合场大小的复合磁性多层膜结构

说明书

技术领域

本发明属磁存储技术领域，具体涉及一种复合磁性多层膜结构，可用于具有垂直各向异性的巨磁电阻型磁随机存储器MRAM、微波发生器以及其它自旋电子器件等。

背景技术

基于[Co/ Ni]_N多层膜的垂直磁化巨磁电阻（GMR）结构，因其不仅具有热稳定性好、无单元尺寸形状限制等特点，同时还具有自旋极化率高、阻尼系数低以及临界翻转电流低等优势，在高密度自旋转矩型磁性随机存储器（STT-MRAM）以及自旋轨道力矩型磁性随机存储器（SOT-MRAM）等方面具有极大应用前景。理论计算表明，Co和Ni单层的厚度在一定范围，即二者的厚度比约为1:2时，在具有强（111）取向的种子层引导生长下，[Co/ Ni]多层膜将出现垂直磁各向异性。该多层膜的垂直矫顽力大小虽然可以通过改变重复周期数、种子层厚度、退火温度以及晶格取向等因素进行调控，但是要避免自由层和参考层的同时翻转，提高翻转可靠性，采用高交换偏置的复合型参考层是非常必要的。大量的实验表明，交换偏置场与钉扎层材料所提供的界面交换耦合强度成正比，即在一定范围内界面交换耦合越强，垂直交换偏置场H_EB越大。垂直界面耦合强度不仅和钉扎层材料的交换耦合系数大小有关而且也与自身的垂直各向异性强度成正比。在传统的铁磁/反铁磁（FM/AFM）双层膜耦合体系中，交换偏置现象源于反铁磁层在界面处的未抵消磁矩与铁磁层磁矩之间的直接耦合，从而在铁磁层中造成单向各向异性。由于反铁磁层材料本身不具备垂直磁各向异性，同时界面的未被抵消磁矩有限，故要获得强的垂直交换偏置效果是非常有限的，显然不利于实际应用。因此，在不影响多层膜性能的前提下，探求提高多层膜交换偏置场大小的实验设计和方法，对研发高性能的自旋电子器件至关重要。

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