磁性材料薄膜功能层、其制备方法及包含其的磁性薄膜技术

本发明专利技术属于材料领域，具体涉及一种磁性材料薄膜功能层、其制备方法及包含其的磁性薄膜，磁性材料薄膜功能层包括：磁性材料层以及氧化材料层，所述氧化材料层与所述磁性材料层沿上下方向层叠设置；其中，所述磁性材料层含有Co、Fe、B和N，所述氧化材料层的材料含有氧化物。本发明专利技术中，通过将含有Co、Fe、B和N的磁性材料层与氧化材料层组合后，形成界面，以此，提高了磁性薄膜的垂直磁各向异性。通过N的掺入，能有效的调整有效调控铁磁元素和氧之间的轨道杂化作用，进而可以提升垂直磁各向异性。进而可以提升垂直磁各向异性。进而可以提升垂直磁各向异性。

【技术实现步骤摘要】
磁性材料薄膜功能层、其制备方法及包含其的磁性薄膜


[0001]本专利技术属于材料领域，具体涉及一种磁性材料薄膜功能层、其制备方法及包含其的磁性薄膜。

技术介绍

[0002]CoFeB基垂直各向异性磁隧道结(CoFeB based p
‑
MTJ)具有相对较高的自旋极化率和热稳定性，较低的磁阻尼系数和临界翻转电流密度等优点，有望运用到下一代超高密度磁性随机存储器(MRAM)中。基于其结构的自旋电子学器件(STT
‑
MRAM)也在快速发展，其存储密度已从Mbit量级达到了Gbit量级。因此，提高CoFeB/MgO基多层膜的垂直磁各向异性对将来的应用至关重要。
[0003]国际上针对CoFeB基薄膜材料的磁各向异性的调控研究集中于通过优选不同的氧化物层材料、施加应力应变、引入外电场等方法来调节薄膜的垂直磁各向异性。上述这些方法主要围绕单个离子来调节铁磁多层膜材料的磁各向异性，且有较大的研发成本；此外，为了保持较好的垂直磁各向异性，往往需要把铁磁层厚度做到很薄，使得单个离子的调控方式一般只能在较薄的材料体系中起到显著的效果，多层膜保持良好磁各向异性的铁磁层厚度窗口很窄(铁磁层的厚度甚至只有几个原子层的厚度)。这在一定程度上不利于提高存储和逻辑器件的稳定性。所以，如何有效、简单地调控CoFeB基薄膜的垂直磁各向异性，是制备高效MRAM器件的关键问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种磁性材料薄膜功能层、其制备方法及包含其的磁性薄膜，旨在提供一种垂直磁各向异性较高的磁性薄膜材料。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供一种磁性材料薄膜功能层，包括：
[0006]磁性材料层；以及，
[0007]氧化材料层，与磁性材料层沿上下方向层叠设置；
[0008]其中，所述磁性材料层含有Co、Fe、B和N，所述氧化材料层的材料含有氧化物。
[0009]可选地，MgO和Al2O3的至少一种；和/或，
[0010]所述磁性材料层中，Co、Fe、B的摩尔比为(30～50)：(30～50)：(15～25)。
[0011]可选地，所述磁性材料层的厚度为和/或，
[0012]所述氧化材料层的厚度为
[0013]此外，本专利技术还提供一种上述磁性材料薄膜功能层的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤S10:采用磁控溅射法在混合气体气氛中沉积所述磁性材料层，其中，所述混合气体包括氮气和惰性气体；
[0015]步骤S20:采用磁控溅射法将所述氧化材料层沉积在所述磁性材料层的表面，得到预产品；
[0016]步骤S30:将所述预产品进行热处理，得到所述磁性材料薄膜功能层；
[0017]其中，在所述混合气体中，所述氮气和所述惰性气体的体积比为(1～3):17。
[0018]可选地，所述惰性气体包括氩气；
[0019]所述步骤S10中，在进行所述磁控溅射法的过程中，溅射室的本底真空度为1
×
10
‑5～3
×
10
‑5Pa，所述混合气体的工作气压为0.3～0.6Pa；和/或，
[0020]所述步骤S20中，在进行所述磁控溅射法的过程中，溅射室的本底真空度为1
×
10
‑5～3
×
10
‑5Pa，工作气压为0.3～0.6Pa，；和/或，
[0021]所述步骤S30中，在真空环境下进行所述热处理；和/或，
[0022]所述热处理包括在200～400℃的条件下，保温30～40分钟。
[0023]此外，本专利技术还提供一种磁性薄膜，包括：
[0024]上述磁性材料薄膜功能层；
[0025]缓冲层，所述缓冲层叠设置于所述功能层的上侧；以及，
[0026]保护层，所述保护层层叠设置于所述功能层的下侧。
[0027]可选地，所述缓冲层的材料包括Ta、Ru和Pt中的至少一种；和/或，
[0028]所述保护层的材料包括Ta、Ru和Pt中的至少一种；和/或，
[0029]所述缓冲层的厚度为和/或，
[0030]所述保护层的厚度为
[0031]可选地，所述磁性薄膜还包括衬底，所述衬底层叠设置于所述缓冲层的上侧或层叠设置于所述保护层的下侧。
[0032]可选地，所述衬底的材料包含Si；和/或，
[0033]所述衬底的厚度为0.5～0.7毫米。
[0034]此外，本专利技术还提供一种上述磁性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0035]提供所述缓冲层；
[0036]采用磁控溅射法在所述缓冲层的表面制备所述磁性材料薄膜功能层；
[0037]采用磁控溅射法在所述磁性材料薄膜功能层的表面沉积所述保护层，得到多层膜结构；
[0038]将所述多层膜结构进行热处理，得到所述磁性薄膜。
[0039]本专利技术中，通过将含有Co、Fe、B和N的磁性材料层与氧化材料层组合后，形成界面，以此，提高了磁性薄膜的垂直磁各向异性。通过N的掺入，能有效的调整有效调控铁磁元素和氧之间的轨道杂化作用，进而可以提升垂直磁各向异性。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0041]图1为本专利技术制备磁性材料薄膜功能层的一流程示意图；
[0042]图2为本专利技术一实施例的磁性薄膜的结构图；
[0043]图3为本专利技术一实施例的磁性薄膜制备流程图；
[0044]图4为实施例1和对比例1制备的样品的XPS测试图；
[0045]图5为实施例1和对比例1制备的样品的磁滞回线测试图；
[0046]图6为对比例2制备的样品的磁滞回线测试图。
[0047]附图标号说明：
[0048]标号名称标号名称1缓冲层2磁性材料薄膜功能层201磁性材料层202氧化材料层3保护层4衬底
[0049]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0050]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0051]需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性材料薄膜功能层，其特征在于，包括：磁性材料层；以及，氧化材料层，与所述磁性材料层沿上下方向层叠设置；其中，所述磁性材料层含有Co、Fe、B和N，所述氧化材料层的材料含有氧化物。2.如权利要求1所述的磁性材料薄膜功能层，其特征在于，所述氧化物含有MgO和Al2O3的至少一种；和/或，所述磁性材料层中，Co、Fe、B的摩尔比为(30～50)：(30～50)：(15～25)。3.如权利要求1所述的磁性材料薄膜功能层，其特征在于，所述磁性材料层的厚度为和/或，所述氧化材料层的厚度为4.一种如权利要求1～3任一项所述的磁性材料薄膜功能层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10:采用磁控溅射法在混合气体气氛中沉积所述磁性材料层，其中，所述混合气体包括氮气和惰性气体；步骤S20:采用磁控溅射法将所述氧化材料层沉积在所述磁性材料层的表面，得到预产品；步骤S30:将所述预产品进行热处理，得到所述磁性材料薄膜功能层；其中，在所述混合气体中，所述氮气和所述惰性气体的体积比为(1～3):17。5.如权利要求4所述的磁性材料薄膜功能层的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩气；和/或，所述步骤S10中，在进行所述磁控溅射法的过程中，溅射室的本底真空度为1
×
10
‑5～3
×
10
‑5Pa，混合气体的工作气压为0.3～0.6Pa；和/或，所述步骤S20中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秀兰，艾文祥，于广华，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：