一种不连续纳米磁性金属多层膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于薄膜材料制造领域，具体公开一种不连续纳米磁性金属多层膜及其制备方法。本发明专利技术制备的不连续纳米磁性金属多层膜为纳米磁性金属层和非磁性金属层通过磁控溅射交替沉积形成的，其中交替沉积的周期为10

【技术实现步骤摘要】
一种不连续纳米磁性金属多层膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜材料制造领域，特别涉及一种不连续纳米磁性金属多层膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]薄膜系统易使器件小型化、廉价化，具有巨大的应用前景，因此引起了研究人员广泛的关注。不连续磁性金属多层膜是将磁性金属颗粒嵌入非磁性金属基体当中通过交替沉积而成的一种结构材料，具有很大的实际应用价值，从结构来看，它介于颗粒膜与致密多层膜之间，可以当作是多层的金属颗粒膜；从实用方面来看，它同时具有隧道结和金属颗粒膜的优点，即具有容易制备、有稳定的化学性质和物理性质、针孔影响小且饱和场较低等优势。目前，研究人员对以Co作为磁性金属来源的多层膜系统已发现了许多有意义的性质，如超铁磁性、库仑阻塞效应、电荷的驰豫效应等。但是目前CoCu多层膜的层间交换耦合作用太强，使相邻的铁磁层磁矩从反平行排列转为平行排列所需的磁场较大，场灵敏度不高，难以实用化。因此，提供一种具有较低饱和场的薄膜，进一步提高所制备器件的磁场灵敏度，并且能够在室温下可观察到磁电阻效应，为不连续纳米磁性金属多层膜在自旋电子器件中的应用奠定基础是必不可少的。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术提供一种不连续纳米磁性金属多层膜及其制备方法，以解决现有不连续纳米磁性金属多层膜的层间交换耦合作用太强导致的高饱和场高，进而将其应用在器件中，导致磁场灵敏度差的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0005]一种不连续纳米磁性金属多层膜，设置在待处理基片的第一表面上，其特征在于，所述多层膜为纳米磁性金属层和非磁性金属层通过磁控溅射交替沉积形成的不连续纳米磁性金属多层膜；
[0006]其中，所述交替沉积的周期为10
‑
20个，所述纳米磁性金属层的沉积厚度为M nm，所述非磁性金属层的沉积厚度为N nm，其中M为0.6
‑
1.0，N为M
×
n，n为1
‑
10之间的自然数。
[0007]相对于现有技术，本专利技术提供的不连续纳米磁性金属多层膜，通过将纳米磁性金属层和非磁性金属层通过磁控溅射交替沉积进而形成不连续纳米磁性金属多层膜，实现了不连续磁性金属的结构；本专利技术确定了层基体厚度，进一步促进了将Co层均匀嵌入至基体；本申请通过确定纳米磁性金属层厚度和非磁性金属层厚度以及特定的周期配合，进而实现了将磁性金属颗粒均匀分布至非磁性金属层且达到减弱颗粒间的交换耦合作用。
[0008]优选的，所述纳米磁性金属为Co；所述非磁性金属为Cu；所述待处理基片为Si、Al2O3、SiO2或MgO基片。
[0009]本专利技术还提供一种不连续纳米磁性金属多层膜的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤a、选取纳米磁性金属靶材和非磁性金属靶材各两块，作为磁控溅射的靶材，
将两块纳米磁性金属靶材和两块非磁性金属靶材分别上下相对放置；
[0011]步骤b、待真空度≥9.0
×
10
‑6Pa时，以39sccm
‑
41sccm的气流量充入氩气，待气压为0.48Pa
‑
0.52Pa、温度为298K
‑
300K时，通过磁控溅射对纳米磁性金属靶材和非磁性金属靶材分别进行预溅射5min
‑
8min；
[0012]步骤c、将基片放置于两块纳米磁性金属靶材之间，通过磁控喷溅制备纳米磁性金属层，然后将制备有纳米磁性金属层的基片放置于两块非磁性金属靶材之间，通过磁控喷溅制备非磁性金属层，通过交替重复沉积纳米磁性金属层和非磁性金属层；
[0013]步骤d、磁控溅射结束后，原位退火得所述不连续纳米磁性金属多层膜。
[0014]优选的，所述纳米磁性金属靶材和非磁性金属靶材的纯度均为99.99％。
[0015]优选的，所述氩气的纯度为99.999％。
[0016]优选的，所述纳米磁性金属靶材为Co靶材；所述非磁性金属靶材为Cu靶材。
[0017]优选的，步骤a中，所述纳米磁性金属靶材的平行距离为18cm
‑
20cm，所述非磁性金属靶材的平行距离为18cm
‑
20cm。
[0018]优选的，步骤b中，所述纳米磁性金属靶材的预溅射的溅射功率为39W
‑
41W；所述非磁性金属靶材的预溅射的溅射功率为69W
‑
71W。
[0019]优选的，步骤c中，所述纳米磁性金属层的制备方法包括：将基片置于上方纳米磁性金属靶材7cm
‑
8cm的距离处，控制磁控溅射的电压为0.77kV
‑
0.83kV，电流为0.04A
‑
0.06A，功率为39W
‑
41W，制备纳米磁性金属层；
[0020]其中，基片和上方纳米磁性靶材的夹角为85
°‑
95
°
。
[0021]进一步的，所述纳米磁性金属层的沉积速率为0.04nm/s
‑
0.05nm/s，沉积厚度为0.6
‑
1.0nm。
[0022]优选的，所述非磁性金属层的制备方法包括：将所述制备有纳米磁性金属层的基片置于上方非磁性金属靶材7cm
‑
8cm的距离处，控制磁控溅射的电压为0.67kV
‑
0.73kV，电流为0.07A
‑
0.13A，功率为69W
‑
71W，制备非磁性金属层；
[0023]其中，所述制备有纳米磁性金属层的基片和上方非磁性金属靶材的夹角为85
°‑
95
°
。
[0024]进一步的，所述非磁性金属层的沉积速率为0.08nm/s
‑
0.1nm/s，沉积厚度为所述纳米磁性金属层厚度的n倍，其中n为≥1的自然数。
[0025]优选的，步骤c中，所述交替重复沉积的周期为10
‑
20个；步骤d，所述原位退火的温度为399.97℃
‑
400.03℃，原位退火的时间为29min
‑
31min。
[0026]优选的周期能够使制备的多层膜的厚度适当，既能实现降低饱和场且具有室温磁电阻，又可以控制成本和制备工艺的复杂性；优选的温度有利于磁性层均匀断裂分散，最终嵌入到基体之中。
[0027]相对于现有技术，本专利技术包括如下专利技术点：
[0028]本专利技术提供的不连续纳米磁性金属多层膜的制备方法，通过将纳米磁性金属Co层和非磁性金属Cu层通过磁控溅射交替沉积进而形成不连续纳米磁性金属多层膜，实现了不连续磁性金属的结构，可以将磁性金属Co有序的分布在Cu层中，使得制备得到的不连续纳米磁性金属多层膜具有稳定的矫顽力和饱和场，其磁性金属的易磁化方向均平行薄膜，在室温下即能测量其最大磁电阻达到3.5％。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不连续纳米磁性金属多层膜，设置在待处理基片的第一表面上，其特征在于，所述多层膜为纳米磁性金属层和非磁性金属层通过磁控溅射交替沉积形成的不连续纳米磁性金属多层膜；其中，所述交替沉积的周期为10
‑
20个，所述纳米磁性金属层的沉积厚度为M nm，所述非磁性金属层的沉积厚度为N nm，其中M为0.6
‑
1.0，N为M
×
n，n为1
‑
10之间的自然数。2.如权利要求1所述的不连续纳米磁性金属多层膜，其特征在于，所述纳米磁性金属层的材料为Co；和/或所述非磁性金属层的材料为Cu；和/或所述待处理基片为Si、Al2O3、SiO2或MgO基片。3.一种权利要求1
‑
2任一项所述的不连续纳米磁性金属多层膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、选取纳米磁性金属靶材和非磁性金属靶材各两块，作为磁控溅射的靶材，将两块纳米磁性金属靶材和两块非磁性金属靶材分别上下相对放置；步骤b、待真空度≥9.0
×
10
‑6Pa时，以39sccm
‑
41sccm的气流量充入氩气，待气压为0.48Pa
‑
0.52Pa、温度为298K
‑
300K时，通过磁控溅射对纳米磁性金属靶材和非磁性金属靶材分别进行预溅射5min
‑
8min；步骤c、将基片放置于两块纳米磁性金属靶材之间，通过磁控喷溅制备纳米磁性金属层，然后将制备有纳米磁性金属层的基片放置于两块非磁性金属靶材之间，通过磁控喷溅制备非磁性金属层，通过交替重复沉积纳米磁性金属层和非磁性金属层；步骤d、磁控溅射结束后，原位退火得所述不连续纳米磁性金属多层膜。4.如权利要求3所述的不连续纳米磁性金属多层膜的制备方法，其特征在于，所述纳米磁性金属靶材为Co靶材；和/或所述非磁性金属靶材为Cu靶材；和/或步骤a中，所述纳米磁性金属靶材的平行距离为18cm
‑
20cm，所述非磁性金属靶材的平行距离为18cm
‑
20cm。5.如权利要求3所述的不连续纳米磁性金属多层膜的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述纳米磁性金属靶材...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾利云，许佳玲，
申请(专利权)人：河北建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：