一种提高Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法，属磁电子学和磁记录技术领域。一种提高磁性多层膜结构中偏置场稳定性的方法，属磁电子学和磁记录技术领域。它包括以下步骤：（１）沉积制作Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ自旋阀结构多层膜；（２）利用聚焦镓离子工作站作为离子辐照设备，进行离子辐照改性，离子辐照的剂量为５×１０１１ｉｏｎｓ／ｃｍ２，离子束能量为３０ｋｅＶ，离子束流为１ｎＡ。本方法可应用于由磁性多层膜构成的巨磁阻电阻传感器、磁性随机存取存储器、磁记录器件等磁敏感器件中的磁敏感单元，具有方法简单、效果好等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高磁性多层膜结构中偏置场稳定性的方法，属于磁电子学和磁记录
技术介绍
1988年以来，随着交流阻抗随外磁场而变化的巨磁阻抗材料、电阻率随外磁场而变化的巨磁电阻材料和几何尺寸随外磁场而伸縮变化的巨磁致伸縮材料的问世，出现了磁电子器件这一新概念。基于多层膜巨磁电阻材料和自旋隧道结磁电阻材料的磁阻传感器比目前广泛应用的基于各向异性磁电阻材料传感器具有更大的磁电阻效应，灵敏度及信噪比更高，应用范围更广，可广泛应用于信息技术、车辆工业、生物医学、仪器仪表以及空间技术。目前，在国际上已将基于多层膜巨磁电阻材料和自旋隧道结磁电阻材料的磁电子传感器应用于磁场测量、电流测量、位置测量、位移与速度测量、应变测量、DNA检测等领域。 对磁电子器件中使用的磁性多层膜而言，在反向饱和场下长时间停留偏置场会逐渐降低，这一点在使用温度高于室温时表现得尤为明显。磁性多层膜的这一热磁稳定性问题严重地影响着磁电子器件可靠性和使用寿命。在实际应用中，人们大多在制备薄膜之前通过选择合适的缓冲层、铁磁层及反铁磁层材料与厚度，控制多层膜材料的微观结构与组织，来得到热磁稳定性相对较好的磁性多层膜。但到目前为止磁性多层膜的热磁稳定性问题都没有得到很好的解决。当前，国内外许多学者开展了离子辐照对磁性薄膜/多层膜的性能影响研究，并发现离子辐照一般会破坏铁磁层的磁性或改变磁晶各向异性、增强畴壁运动、减小磁性耦合强度和磁电阻，如专利技术专利基于薄膜/多层膜纳米磁电子器件的无掩模制备方法(200710133293.0)所述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，可有效地提高磁电子器件的可靠性和使用寿命。 本专利技术通过离子辐照引起的材料微观结构的变化以及化学元素在界面间的扩散来调整或改变铁磁层与反铁磁层的界面耦合特性，从而提高磁性多层膜结构中偏置场的稳定性。—种提高磁性多层膜结构中偏置场稳定性的方法，包括以下步骤 (1)、按衬底、缓冲层、磁性层、保护层的顺序沉积制作磁性多层膜，在沉积磁性层时，根据需要施加50 500Oe的平面诱导磁场或沉积完成后进行必要磁场热处理； (2)、利用聚焦镓离子工作站作为离子辐照设备，对按上述第(l)步方法制备的磁性多层膜或由此磁性多层膜构成的磁性敏感单元所需改性的部位进行离子辐照改性；其中离子辐照参数为离子束能量为10 30keV，离子束流为100pA 5nA ; 其特征在于第(1)步所述磁性多层膜为具有顶置式交换偏置磁性耦合的结构，第(2)步所述离子辐照的剂量为5X 1011 5X 1014ions/cm2。 —种提高Co/Cu/NiFe/FeMn自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法，包括以下步骤(1)、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的lmm厚的单晶硅衬底上依次沉积厚度为5nm的下部缓冲层Ta，厚度为4nm的Co铁磁层，厚度为2nm的Cu层，厚度为10nm NiFe层，厚度为13nm的PtMn和厚度为3nm的保护层Ta。 上述磁性薄膜的生长条件备底真空5X10-7pa，溅射用高纯度氩气气压7X10-2Pa，溅射功率120W，样品架旋转速率20rpm，生长温度室温，生长速率0.03 0.12nm/s，在沉积时，施加lOOOe平面诱导磁场，方向平行于膜面方向； (2)、沉积好的磁性多层膜采用聚焦离子束工作站进行辐照改性，离子辐照的剂量为5X10ions/cm2，离子束能量为30keV，离子束流为lnA。 本专利技术采用聚焦离子束技术，通过低剂量的离子辐照改性使得磁性多层膜的微观结构发生变化以及化学元素在界面间发生扩散来优化铁磁层与反铁磁层间的界面耦合性能。与专利基于薄膜/多层膜纳米磁电子器件的无掩模制备方法(200710133293.0)相比，区别在于本专利通过低剂量的离子辐照改性使得磁性多层膜的微观结构发生变化以及化学元素在界面间发生扩散来优化铁磁层与反铁磁层间的界面耦合性能，而前者通过较大剂量的离子辐照来去除磁性层的磁性以达到无掩膜制造磁电子器件的目的。 本专利技术提供的一种提高磁性多层膜结构中偏置场稳定性的方法，还可应用于由磁性多层膜构成的巨磁阻电阻传感器、磁性随机存取存储器、磁记录器件等磁敏感器件中的磁敏感单元，具有方法简单、效果好等优点。附图说明 图1为CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋阀结构磁性多层膜经1 X 1013ions/cm2的镓离子辐照后的偏置场的稳定性。 图2为Co/Cu/NiFe/FeMn自旋阀结构磁性多层膜经5 X 10ions/cm2的镓离子辐照后的偏置场的稳定性。 图3为CoFe/A10x/CoFe/IrMn自旋隧道结结构多层膜经1 X 1014ions/cm2的镓离子辐照后的偏置场的稳定性。 图4为FeNi/A10x/NiFe/FeMn自旋隧道结结构多层膜经5 X 1014ions/cm2的镓离子辐照后的偏置场的稳定性。具体实施例方式下面通过实例进一步描述本专利技术。 实施例l、基于CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋阀结构多层膜 利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的单晶硅衬底上依次沉积厚度为5nm的下部缓冲层Ta，厚度为5nm的CoFe铁磁层，厚度为2.5nm的Cu层，厚度为5nm CoFe层，厚度为12nm的IrMn和厚度为8nm的保护层Ta。上述磁性薄膜的生长条件备底真空5X10-7Pa;溅射用高纯度氩气气压7X10-2Pa;溅射功率120W;样品架旋转速率20rpm;生长温度室温；生长速率0.03 0.12nm/s ;在沉积时，施加lOOOe平面诱导磁场，方向平行于膜面方向。沉积好的磁性多层膜采用聚焦离子束工作站进行离子辐照改性，离子辐照的剂量为lX1013ionS/cm2，离子束能量为30keV，离子束流为lnA。首先在聚焦离子束工作站上上载离子束与样品台的控制程序，再运行程序对磁性多层膜进行离子辐照，经辐照后的样品的热稳定性可明显得到提高，如图l所示，图中的偏置场大小可利用振动样品磁强计(VSM)来记录磁性多层膜的磁滞回线方法获得。 实施例2、基于Co/Cu/NiFe/FeMn自旋阀结构多层膜 利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的lmm厚的单晶硅衬底上依次沉积厚度为5nm的下部缓冲层Ta，厚度为4nm的Co铁磁层，厚度为2nm的Cu层，厚度为10nm NiFe层，厚度为13nm的PtMn和厚度为3nm的保护层Ta。上述磁性薄膜的生长条件备底真空5X10-7Pa;溅射用高纯度氩气气压7X10-2Pa;溅射功率120W ;样品架旋转速率20rpm ;生长温度室温；生长速率0.03 0.12nm/s ;在沉积时，施加lOOOe平面诱导磁场，方向平行于膜面方向。沉积好的磁性多层膜采用聚焦离子束工作站进行辐照改性，离子辐照的剂量为5X10ions/cm2，离子束能量为30keV，离子束流为lnA。首先在聚焦离子束工作站上上载离子束与样品台的控制程序，再运行程序对磁性多层膜进行离子辐照，经辐照后的样品的热稳定性可明显得到提高，如图2所示，图中的偏置场大小可利用振动样品磁强计(VSM)来记录磁性多层膜的磁滞回线方法获得。 实施例3、基于CoFe/A10x/CoFe/IrMn自旋隧道结结构多层膜 利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法，包括以下步骤： （１）、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的１ｍｍ厚的单晶硅衬底上依次沉积厚度为５ｎｍ的下部缓冲层Ｔａ，厚度为４ｎｍ的Ｃｏ铁磁层，厚度为２ｎｍ的Ｃｕ层，厚度为１０ｎｍ ＮｉＦｅ层，厚度为１３ｎｍ的ＰｔＭｎ和厚度为３ｎｍ的保护层Ｔａ。上述磁性薄膜的生长条件：备底真空：５×１０↑［－７］Ｐａ，溅射用高纯度氩气气压：７×１０↑［－２］Ｐａ，溅射功率：１２０Ｗ，样品架旋转速率：２０ｒｐｍ，生长温度：室温，生长速率：０．０３～０．１２ｎｍ／ｓ，在沉积时，施加１００Ｏｅ平面诱导磁场，方向平行于膜面方向； （２）、沉积好的磁性多层膜采用聚焦离子束工作站进行辐照改性，离子辐照的剂量为５×１０↑［１１］ｉｏｎｓ／ｃｍ↑［２］，离子束能量为３０ｋｅＶ，离子束流为１ｎＡ。
【技术特征摘要】
一种提高Co/Cu/NiFe/FeMn自旋阀结构多层膜结构中偏置场稳定性的方法，包括以下步骤(1)、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的单晶硅衬底上依次沉积厚度为5nm的下部缓冲层Ta，厚度为4nm的Co铁磁层，厚度为2nm的Cu层，厚度为10nm NiFe层，厚度为13nm的PtMn和厚度为3nm的保护层Ta。上述磁性薄膜的生长条件备底真...
【专利技术属性】
技术研发人员：周广宏，王寅岗，李子全，陈建康，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[]
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