一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜及其制备方法，本发明专利技术采用多靶交替制备梯度薄膜的工艺，使用

【技术实现步骤摘要】
一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于硬磁氧化物薄膜材料领域，具体涉及到一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]磁存储领域及磁敏感领域均对具有垂直磁各向异性的硬磁材料提出了高度的需求
。
磁存储器件，如硬盘驱动器和磁性随机存取存储器
(MRAM)
，需要高矫顽力的硬磁材料来实现稳定的磁存储状态，而磁传感器领域，尤其是新一代垂直
TMR
结构，需要高稳定的垂直钉扎层，这就需要开发先进的垂直硬磁材料
。
然而传统的垂直磁各向异性硬磁材料，如钴合金和铁钴硼等，存在着一些局限性，如高成本
、
复杂的制备工艺和较高的磁交换耦合场等
。
相较于金属硬磁材料
,
氧化物磁性材料的优势在于高自旋极化率，高阻抗，能够与
MgO
隧穿层形成更好的外延结构，具有理论高磁阻率等优势
。
基于成分与应变调控，氧化物磁性材料的矫顽力可以更方便的设计，以满足不同应用的需求
。
[0003]然而，当前的氧化物硬磁材料在矫顽力和导电性方面仍存在一定的局限性
。
常规的氧化物硬磁材料往往具有较低的矫顽力和较高的电阻率，这限制了它们在高密度磁存储领域的应用
。
[0004]因此，迫切需要一种能够提高矫顽力和导电性的氧化物硬磁材料的制备方法
。r/>提高氧化物硬磁材料的矫顽力，特别是在垂直方向上的矫顽力，可以显著提高磁存储器件的性能和稳定性
。
此外，提高氧化物硬磁材料的导电性，使其具备较低的电阻率，可以降低磁存储器件的功耗并提高数据读写速度
。
[0005]故研发一种制备具有垂直磁各向异性
、
高矫顽力和导电性的氧化物硬磁材料的方法具有重要的科学和应用价值
。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0007]鉴于上述和
/
或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术
。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜，包括，
[0010]衬底
MgAl2O4(101)、
种子层
NiCo2O4(102)
以及薄膜梯度层
NiCo2
‑
xFexO4(103)
；
[0011]所述
NiCo2
‑
xFexO4
，其中，
Fe
掺杂量
x
的取值随着薄膜厚度从衬底至表面逐渐过渡从最小值
xmin
到最大值
xmax
，
xmin
取值范围为0～
0.1
，
xmax
取值范围为
0.5
～1；
[0012]薄膜的晶体取向为
(001)
，并以
MgAl2O4(001)
单晶为衬底
。
[0013]作为本专利技术所述薄膜的一种优选方案，其中：所述当
Fe
掺杂量
x
＝0时，薄膜表现出最低的矫顽力
、
弱垂直磁各向异性和最优的导电性，矫顽力一般不高于
100Gs
；
[0014]随着
xmax
的增加，薄膜的饱和磁化强度和矫顽力逐渐增大，
xmax
＝1时适当厚度下矫顽力超过
10000Gs
；薄膜的矩形比始终高于
100
％；
[0015]当
xmax
＝
xmin
＝1时，即薄膜薄膜不存在梯度，此时薄膜的导电性较差且矫顽力低于梯度薄膜
。
[0016]本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜的制备方法，包括，
[0017]通过标准陶瓷烧结工艺制备
NiFe2O4
和
NiCo2O4
的靶材；
[0018]通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法，在
MgAl2O4(001)
单晶衬底上交替采用
NiCo2O4/NiFe2O4
靶材沉积薄膜，通过脉冲
/
溅射时间来控制薄膜的厚度；
[0019]薄膜沉积完毕后，原位退火
30
～
60min
，使其成分更均匀，之后再降温冷却
。
[0020]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述
MgAl2O4(001)
单晶衬底上交替采用
NiCo2O4/NiFe2O4
靶材沉积薄膜，包括，
[0021]首先采用
NiCo2O4
靶材进行最终薄膜层的沉积，一定厚度后切换为
NiFe2O4
靶材，根据厚度检测或计算的结果；
[0022]之后切换为
NiCo2O4
靶材，控制薄膜中
Co
与
Fe
的成分梯度变化，
Fe
的掺杂量逐步从0过渡至
xmax。
[0023]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：通过调整
NiCo2
‑
xFexO4
的配比，控制薄膜中
Fe
和
Co
的相对含量，并逐渐过渡从
Co
为主到
Fe
为主的成分分布
。
[0024]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：脉冲激光沉积或磁控溅射的过程中，通过调节脉冲
/
溅射能量和频率，以及靶材的合适温度和衬底的角度，来优化薄膜的成分均匀性和结晶质量
。
[0025]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：脉冲激光沉积或磁控溅射过程中，通过控制气氛氧压以控制薄膜的氧化程度和晶格缺陷；
[0026]氧气压为
1Pa
～
20Pa。
[0027]作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述原位退火
30
～
60min
，温度为
350...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有垂直磁各向异性的高矫顽力硬磁氧化物半导体薄膜，其特征在于：包括，衬底
MgAl2O4(101)、
种子层
NiCo2O4(102)
以及薄膜梯度层
NiCo2
‑
xFexO4(103)
；所述
NiCo2
‑
xFexO4
，其中，
Fe
掺杂量
x
的取值随着薄膜厚度从衬底至表面逐渐过渡从最小值
xmin
到最大值
xmax
，
xmin
取值范围为0～
0.1
，
xmax
取值范围为
0.5
～1；薄膜的晶体取向为
(001)
，并以
MgAl2O4(001)
单晶为衬底
。2.
如权利要求1所述的薄膜，其特征在于：当
Fe
掺杂量
x
＝0时，薄膜表现出最低的矫顽力
、
弱垂直磁各向异性和最优的导电性，矫顽力一般不高于
100Gs
；随着
xmax
的增加，薄膜的饱和磁化强度和矫顽力逐渐增大，
xmax
＝1时适当厚度下矫顽力超过
10000Gs
；薄膜的矩形比始终高于
100
％；当
xmax
＝
xmin
＝1时，即薄膜薄膜不存在梯度，此时薄膜的导电性较差且矫顽力低于梯度薄膜
。3.
权利要求1或2所述的薄膜的制备方法，其特征在于：包括，通过标准陶瓷烧结工艺制备
NiFe2O4
和
NiCo2O4
的靶材；通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法，在
MgAl2O4(001)
单晶衬底上交替采用
NiCo2O4/NiFe2O4
靶材沉积薄膜，通过脉冲
/
溅射时间来控制薄膜的厚度；薄膜沉积完毕后，原位退火
30
～
60min
，使其成分更均匀，之后再降温冷却

【专利技术属性】
技术研发人员：周柯，金庆忍，卢柏桦，王晓明，莫枝阅，秦丽文，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：