一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料及其制备方法技术

一种铁磁／锰系反铁磁多层膜钉扎材料，包括一基片和在基片上设置的一缓冲层、一第二铁磁层及设在其上的一保护层，其特征在于，还包括：　　　　一引导层，设于缓冲层上，该引导层具有（１１１）织构；　　　　一反铁磁层，设于引导层上，该反铁磁层具有（１１１）织构；　　　　一第一铁磁层，设于反铁磁层上；及　　　　一纳米氧化层，设于第一铁磁层和第二铁磁层之间。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于自旋阀、磁性隧道结、传感器等的磁性材料及其制备方法，特别是指。
技术介绍
在制备铁磁/反铁磁多层膜材料方面，由现有技术表明具有面心立方结构的Mn合金，经过退火转变为原子有序的面心四方结构的反铁磁X-Mn(其中X为另外一种元素，Ni、Pt和Pd等)所组成的铁磁/反铁磁多层膜钉扎材料，一般都具有比较大的钉扎场，以及良好的抗腐蚀能力和热稳定性，故在传感器等方面获得广泛的应用。图1为公知的铁磁/Mn系反铁磁多层膜钉扎材料的结构，其各层依次为基片1、缓冲层2、铁磁层70、反铁磁层4、及保护层8。但是，由于公知的该铁磁/反铁磁多层膜钉扎材料，在制备过程中，所需的退火时间都很长(几十小时)，或其退火温度很高(300℃以上)，因此退火过程中反铁磁层4中的Mn发生扩散迁移，进入相邻的铁磁层70，从而造成铁磁层70磁矩的损失，矫顽力的增大和磁滞回线矩形度变差，而且该材料中的反铁磁层4一般比较厚(250以上)，该材料的反铁磁层4对铁磁层70的钉扎场不太理想，钉扎场一般为200奥斯特左右。由上述可见，防止退火过程中Mn向铁磁层扩散和减薄反铁磁层是获得高性能的铁磁/反铁磁多层膜钉扎材料的关键所在，也是待解决的难题。需指出的是，由于这种多层膜钉扎材料在制备过程中的退火工艺后，结构会发生些许变化，故在本
内，通常以退火前的多层膜结构来进行定性的讨论和比较。因此，凡后文中提及的多层膜结构及各层相应的厚度，除特别指出外，均以退火前的状态为准。文献(T.Lin，C.Tsang，R.E.Fontana and J.K.Howard，IEEETrans.Magn.，31(1995)，2585.)揭露了300的反铁磁层Ni-Mn钉扎150的铁磁层Ni-Fe的钉扎场和矫顽力随退火时间和退火温度的变化，即要产生比较好的钉扎效果，要么退火温度比较高(比如320℃，5小时)，要么退火时间比较长(比如280℃，20小时)文献(M.Lederman，IEEE Trans.Magn.，35(1999)，794)揭露了钉扎场及矫顽力和Ni-Mn厚度的关系，此文献指出Ni-Mn厚度必需大于300；后来，也有材料研究者制备了250的Ni-Mn反铁磁层，所以我们认为文献上提到的Ni-Mn的厚度基本上都大于200。另外，由于Ni-Mn不能直接钉扎Co-Fe，故以前有人曾试图以Ni-Mn合金为反铁磁层实现对Co-Fe的钉扎，但未获得较好的效果。因此，如何在更低的退火温度和更短的退火时间下，获得以Mn系合金作为反铁磁层钉扎Co-Fe铁磁层的多层膜钉扎材料，并具有更薄的反铁磁层、更大的钉扎场，是制备钉扎材料领域的重要课题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是为了解决上述问题而提供一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，该材料实现了Ni-Mn对Co-Fe层的良好钉扎，而且该钉扎材料反铁磁层明显减薄，具有更大的钉扎场，。本专利技术的另一目的在于提供一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料的制备方法，该方法可防止退火过程中Mn向铁磁层扩散，且达到了在退火温度较低的同时，退火时间较短的目的。本专利技术的目的可通过如下措施来实现一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，包括一基片和在基片上设置的一缓冲层、一第二铁磁层及设在其上的一保护层，其特征在于，还包括一引导层，设于缓冲层上，该引导层具有(111)织构，用以诱导有利于钉扎第二铁磁层的反铁磁层的(111)织构的形成；一反铁磁层，设于引导层上，该反铁磁层具有(111)织构；一第一铁磁层，设于反铁磁层上；及一纳米氧化层，设于第一铁磁层和第二铁磁层之间，用以防止反铁磁层中的Mn向第二铁磁层中扩散。所述的基片的材料选自硅或玻璃的一种。所述的缓冲层的材料选自Ta或(NiXFe100-X)YCr100-Y，其中77＜X＜83，50＜Y＜70。所述的引导层的材料选自Ni或NiXFe100-X，其中77＜X＜83。所述的反铁磁层的组成元素为Mn和X，所述的元素X选自Ni、Pt、Pd中的至少一种。在退火前，该反铁磁层中的元素Mn所占原子百分含量为55％至70％，用以减短退火时间和/或降低退火温度，并可减薄该层的厚度；退火后元素Mn的原子百分含量为50％。该反铁磁层厚度为100至200。所述的第一铁磁层的材料选自Ni、NiXFe100-X、CoYFe100-Y中的一种，其中77＜X＜83，87＜Y＜93。所述的纳米氧化层由该第一铁磁层氧化而成，厚度为10至20。所述的第二铁磁层的材料为CoYFe100-Y，其中87＜Y＜93。本专利技术的另一目的还可通过如下措施来实现本专利技术提供的一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料的制备方法，包含以下步骤(1)采用真空沉积法，在基片上依次镀上缓冲层、引导层、反铁磁层、第一铁磁层，且使反铁磁层中的Mn的原子百分含量大于50％；(2)含氧气氛下，使第一铁磁层的上表面氧化形成相应的纳米氧化层；(3)采用真空沉积法，在纳米氧化层上继续依次镀上第二铁磁层和保护层，形成该钉扎材料的半成品；及(4)将该钉扎材料的半成品，在一平行于样品易轴方向的普通磁场强度的外加磁场下进行真空退火，退火后即获得成品。采用所述的真空沉积法镀层时，本底真空度高于10-5Pa，且惰性气氛下的沉积工作气压为0.2-0.8Pa。采用所述的真空沉积法镀该反铁磁层时，需使反铁磁层XMn中元素Mn的原子百分含量为55％至70％，用以减短退火时间或降低退火温度。在制备所述纳米氧化层时采用工业纯氧的气氛，且压力为0.2-0.8Pa，或采用置于空气中的自然氧化，或采用压力为10-3-10-2Pa的氧等离子体的氧化方式。所述步骤(4)中的退火工艺的退火温度为260-280℃、退火时间为1-5小时、本底真空度高于10-2Pa。本专利技术相比现有技术具有如下优点1、本专利技术提供的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，通过控制反铁磁层中的Mn的原子百分含量及采用第一铁磁层、纳米氧化层和引导层，从而使反铁磁层厚度明显减薄，其钉扎场更大，矫顽力更小，磁滞回线矩形度更好，如图3所示；该第二铁磁层中几乎无Mn的扩散；并且还实现了Ni-Mn对Co-Fe的钉扎；2、本专利技术提供的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料制备方法，通过控制反铁磁层中的Mn的原子百分含量及沉积第一铁磁层、纳米氧化层和引导层，从而可防止退火过程中Mn向铁磁层扩散，既达到退火温度较低又达到退火时间较短。该制备方法工艺简单、重复稳定性好，非常适合实际操作。附图说明图1为公知的铁磁/Mn系反铁磁多层膜钉扎材料的结构；图2为本专利技术的铁磁/Mn系反铁磁多层膜钉扎材料的结构；及图3为本专利技术实施例一的样品的磁滞回线。图面说明1-基片；2-缓冲层；3-引导层；4-反铁磁层；5-第一铁磁层；6-纳米氧化层；7-第二铁磁层；8-保护层；70-铁磁层。具体实施例方式请参阅图2，为本专利技术的铁磁/Mn系反铁磁多层膜钉扎材料的结构。该材料的结构自基片1至另一端的保护层8，其间各层依次为缓冲层2、引导层3、反铁磁层4、第一铁磁层5、纳米氧化层6、第二铁磁层7。实施例一请参阅图2。在此实施例中的铁磁/Mn系反铁磁多层膜钉扎材料的结构是自基片Si1至另一端的保护层Ta8(厚度为30)，其间各层依次为缓冲层Ta2(厚度为30)、引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，包括一基片和在基片上设置的一缓冲层、一第二铁磁层及设在其上的一保护层，其特征在于，还包括一引导层，设于缓冲层上，该引导层具有(111)织构；一反铁磁层，设于引导层上，该反铁磁层具有(111)织构；一第一铁磁层，设于反铁磁层上；及一纳米氧化层，设于第一铁磁层和第二铁磁层之间。2.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的基片的材料选自硅或玻璃的一种。3.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的缓冲层的材料选自Ta或(NiXFe100-X)YCr100-Y，其中77＜X＜83，50＜Y＜70。4.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的引导层的材料选自Ni或NiXFe100-X，其中77＜X＜83。5.如权利要求1所述的铁磁磁/系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的反铁磁层的组成元素为Mn和X，所述的元素X选自Ni、Pt、Pd中的至少一种。6.如权利要求5所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，在退火前，该反铁磁层中的元素Mn所占原子百分含量为55％至70％；退火后元素Mn的原子百分含量为50％。7.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，该反铁磁层厚度为100至200。8.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的第一铁磁层的材料选自Ni、NiXFe100-X、CoYFe100-Y中的一种，其中77＜X＜83，87＜Y＜93。9.如权利要求1所述的铁磁/锰系反铁磁多层膜钉扎材料，其特征在于，所述的纳米氧化层由...

【专利技术属性】
技术研发人员：代波，蔡建旺，赖武彦，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：