本发明专利技术涉及一种具有钉扎的铁磁／反铁磁多层膜材料及其制备方法，该材料采用真空沉积镀膜法和再退火的工艺，制备出包括在基片上依次设置缓冲层、铁磁层和一反铁磁层，或者在缓冲层设置反铁磁层再设置铁磁层和一保护层。该钉扎体系引入Ｌ１↓［０］有序相反铁磁（Ｃｒ↓［１－ｘ］Ｍｎ↓［ｘ］）↓［０．５＋δ］Ｐｔ↓［０．５－δ］（０．３≤ｘ≤０．６；｜δ｜＜０．０６）作为钉扎材料。该材料相对于已有的反铁磁材料（比如ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ和ＰｔＭｎ等）制成的铁磁／反铁磁体系，具有非常好的热稳定性，大的交换偏置场以及优越的抗腐蚀性，加之成分范围广，是另一种非常理想的反铁磁钉扎材料。其制备方法简单，适于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁电子学器件的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜特别是涉及一种可直接应用于以自旋阀、磁性隧道结为核心的磁头和磁性随机存储器(MRAM)，或还可应用于垂直磁记录介质的底部软磁层的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料及制备方法。
技术介绍
具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜是自旋阀和磁性隧道结的核心组成部分之一，其主要功能是通过反铁磁层对铁磁层的钉扎作用，使该铁磁层的磁矩方向不随外磁场变化，作为磁性的参考层(文献Phys.Rev.B 43，1297(1991)和IEEECircuits Devices Mag.18，17(2002))，而通过非磁金属或绝缘势垒层与之隔离的另一铁磁层在外磁场作用下，其磁矩方向可任意翻转，从而实现巨磁电阻效应或隧穿磁电阻效应；在垂直磁记录介质中，对底部软磁层通过反铁磁钉扎可减小磁噪声。从实际应用的角度，钉扎作用对反铁磁要求是较大的耦合强度，较高的截止温度，较薄的厚度，良好的抗腐蚀性。用于实际的反铁磁材料包括Fe2O3、NiO和CoxNi1-xO等氧化物以及Mn系的反铁磁材料，如FeMn，IrMn，NiMn和PtMn等(文献J.Magn.Magn.Mater.192，203(1999))。基于氧化物反铁磁材料的交换偏置系统钉扎场太小，它们基本不能应用于实用化的自旋阀和磁性隧道结中；Mn系的反铁磁材料能产生比较大的钉扎场，但它们的截止温度至多也不过400℃左右(文献J.Magn.Magn.Mater.192，203(1999))，由它们构成的铁磁/反铁磁钉扎体系热稳定性差。近来，以MgO为势垒层的磁性隧道结发展迅速，在360℃左右温度下退火，其室温TMR可高达230％(文献Appl.Phys.Lett.86，092502(2005))；而且在MRAM的制作工艺中，与磁隧道结配套的CMOS电路也需要400℃左右的处理过程，所有这些都接近或超过了目前反铁磁钉扎材料的承受极限，将破坏反铁磁材料乃至磁隧道结的性能，是制约其发展的严重障碍之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，该多层膜引入L10有序相反铁磁(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎材料，相对于已有的反铁磁材料(比如FeMn、IrMn、NiMn和PtMn等)制成的铁磁/反铁磁多层膜，该反铁磁材料构成的铁磁/反铁磁多层膜具有非常好的热稳定性，大的交换偏置场以及优越的抗腐蚀性，其性能远远优于目前在自旋阀和磁性隧道结中常用的反铁磁材料PtMn，加之成分范围广，是另一种非常理想的反铁磁钉扎材料。本专利技术的另一目的在于提供一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置一缓冲层，其特征在于还包括一铁磁层，所述的铁磁层设置在缓冲层上；和一反铁磁层，该反铁磁层设置在铁磁层上；所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06。本专利技术提供的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置的一缓冲层，其特征在于还包括一反铁磁层，所述的反铁磁层设置在缓冲层上，和一铁磁层，该铁磁层设置在反铁磁层上；以及一保护层设置在铁磁层上；所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；所述的保护层选自过渡金属如Ta、Pt、Cu或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO。该保护层厚度为1nm-100nm，可防止铁磁层氧化。在上述技术方案中，所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。在上述技术方案中，所述的缓冲层选自过渡金属如Ta、Pt、Cr或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO的任一种。其中缓冲层厚度为1nm-20nm；该缓冲层用于控制薄膜的平整度，有时也用于诱导铁磁层和反铁磁层的晶体织构。在上述技术方案中，所述的铁磁层选自Ni、Co、Fe或它们组成的任何二元或三元合金；其中铁磁层厚度为1nm-100nm。在上述技术方案中，所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06，总厚度为6nm-100nm。本专利技术提供的制备具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，包含以下步骤(1)采用真空沉积镀膜法，在本底真空度优于10-4Pa，且惰性气氛的沉积工作气压为0.2～10Pa；依次在基片上沉积缓冲层、一铁磁层和一反铁磁层；所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；其中所述缓冲层沉积的厚度为1nm-20nm，所述铁磁层厚度为1nm-100nm，所述的反铁磁层(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)的总厚度为6nm-100nm；(2)将步骤(1)所获得制备态的多层膜材料，置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300～500℃、退火时间为0.1～20小时、本底真空度优于10-3Pa；步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L10有序相，无反铁磁性，经过步骤(2)退火后，其形成L10有序相，呈现反铁磁性，制备出本专利技术的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料。本专利技术提供的制备具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，包含以下步骤(1)采用真空沉积镀膜法，在本底真空度优于10-4Pa，且惰性气氛的沉积工作气压为0.2～10Pa下；依次在基片上沉积缓冲层、一反铁磁层、一铁磁层和保护层；其中沉积缓冲层厚度为1nm-20nm，所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06的总厚度为6nm-100nm，所述的铁磁层厚度为1nm-100nm，所述的保护层选自过渡金属如Ta、Pt、Cu或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO，其厚度为1nm-100nm；(2)将步骤(1)所获得制备态的多层膜材料，置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300～500℃、退火时间为0.1～20小时、本底真空度优于10-3Pa；步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L10有序相，无反铁磁性，经过步骤(2)退火后，其形成L10有序相，呈现反铁磁性，制备出本专利技术的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料。在上述技术方案中，所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。在上述技术方案中，所述的缓冲层选自过渡金属如Ta、Pt、Cr或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO的任一种。其中缓冲层厚度为1nm-20nm；该缓冲层用于控制薄膜的平整度，有时也用于诱导铁磁层和反铁磁层的晶体织构。在上述技术方案中，所述的铁磁层选自Ni、Co、Fe或它们组成的任何二元或三元合金；其中铁磁层厚度为1nm-100nm。在上述技术方案中，所述的惰性气氛选自氮气或氩气。本专利技术相比现有技术具有如下优本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有钉扎的铁磁／反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置一缓冲层，其特征在于：还包括一铁磁层，所述的铁磁层设置在缓冲层上；和一反铁磁层，该反铁磁层设置在铁磁层上；所述的反铁磁层为（Ｃｒ↓［１－ｘ］Ｍｎ↓［ｘ］）↓［０．５＋δ］Ｐ ｔ↓［０．５－δ］，其中０．３≤ｘ≤０．６；｜δ｜＜０．０６。
【技术特征摘要】
1.一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置一缓冲层，其特征在于还包括一铁磁层，所述的铁磁层设置在缓冲层上；和一反铁磁层，该反铁磁层设置在铁磁层上；所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06。2.一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置的一缓冲层，其特征在于还包括一反铁磁层，所述的反铁磁层设置在缓冲层上；和一铁磁层，该铁磁层设置在反铁磁层上；以及一保护层设置在铁磁层上；所述的反铁磁层为(Cr1-xMnx)0.5+δPt0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；所述的保护层选自过渡金属Ta、Pt、Cu或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO。3.根据权利要求1或2所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。4.根据权利要求1或2所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于所述的缓冲层选自过渡金属Ta、Pt、Cr或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO；其中缓冲层厚度为1nm-20nm。5.根据权利要求1或2所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于所述的铁磁层选自Ni、Co、Fe或它们组成的二元或三元合金；其中厚度为1nm-100nm。6.根据权利要求1或2所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于所述的反铁磁层的总厚度约为6nm-100nm。7.根据权利要求2所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于所述的保护层厚度为1nm-100nm。8....
【专利技术属性】
技术研发人员：倪经，蔡建旺，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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