一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法
2023-06-02 01:46:56 1
一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【專利摘要】本發明屬於磁存儲【技術領域】，具體為一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法。本發明通過對Ta/Cu底層進行不同溫度下的在位加熱處理，研製出具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3-8/Ta多層膜結構，並且具有較強的垂直各向異性。再結合後續退火處理，可進一步提高多層膜的垂直矯頑力。本發明的有益效果在於：其方法簡單，可有效提高基於較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力，進而用於高性能的自旋電子器件的研究。
【專利說明】一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於磁存儲【技術領域】，具體涉及一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法。
【背景技術】
[0002]以[Co/ Ni]多層膜作為磁性層的垂直磁化巨磁電阻(GMR)結構，除具有熱穩定性好、翻轉可靠、臨界翻轉電流低和無單元尺寸形狀限制等優點之外，還具有自旋極化率高和阻尼係數低等特點，因而在高密度自旋轉矩型磁性隨機存儲器(STT-MRAM)方面具有極大應用前景。理論計算表明，Co、Ni厚度在一定範圍，且厚度比為1:2時，[Co/ Ni]多層膜具有垂直各向異性。MRAM的核心存儲單元是兩個磁性層中間夾一個非磁性層的三明治結構。為了獲得高的巨磁電阻信號和低的臨界翻轉電流，自由層的矯頑力要儘量小，而參考層的則要儘量高。因此提高參考層多層膜的垂直矯頑力對實際應用有重要的意義。使用後退火的方法可以提高多層膜的垂直矯頑力，但是，隨著退火溫度的升高，[Co/ Ni]多層膜磁性原子間的相互擴散也變得劇烈，最終使得其失去垂直各向異性，限制了矯頑力的進一步提高。此外，垂直矯頑力與種子層的厚度及晶格取向有很大關係，因此，在濺射[Co/ Ni]多層膜之前，需要事先生長一層有強(111)取向的種子層，如Au、Cu等。大量的實驗表明，在一定範圍內，[Co/ Ni]多層膜的垂直矯頑力與種子層的厚度成正比，即在一定範圍內種子層越厚，垂直矯頑力越大，直至飽和。但太厚的種子層會對流入多層膜的電流分流，造成臨界翻轉電流的增大和巨磁電阻信號的降低，不利於實際應用。因此，在較薄種子層的前提下，探求提高多層膜矯頑力的實驗方法和技術，對研發高性能的自旋電子器件至關重要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提出一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法。其方法簡單，可有效提高基於較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力，進而用於高性能的自旋電子器件的研究。
[0004]本發明運用在位熱處理的方法提高磁性多層膜的垂直矯頑力(Hz)本發明首
次對種子層進行在位預退火處理，並對整個多層膜結構進行後退火處理，最終研製出具有高垂直矯頑力的[Co/Ni]N多層膜結構。
[0005]本發明提供的一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法，具體步驟如下:
(1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩衝層和種子層；
(2)鍍好種子層後，進行熱退火處理；熱處理溫度為300-550°C；
(3 )待溫度緩慢冷卻至室溫後，再濺射磁性層及保護層；得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
[0006]上述步驟(3)後，進一步還包括步驟(4)，其對得到的整個多層膜進行後退火處理，具體條件為:真空下，熱處理溫度為200-250°C，其間沿垂直於膜面方向施加恆定磁場。[0007]上述步驟(2)、步驟(4)中進行退火處理時，升溫速率為8-10°C /min;恆溫20min_60mino
[0008]上述襯底為玻璃襯底，所述緩衝層為Ta單層膜，種子層為Cu層，磁性層為
具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結構，其中Co層在下，Ni層在上，N取值範圍為3-8 ;保護層為Ta層，得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結構。
[0009]上述緩衝Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為2.0nm; Co層為0.28-0.35nm ; Ni層厚度為Co層的1.8-2倍，N為4或者6 ;保護Ta層厚度為5nm。
[0010]本發明的有益效果在於:其方法簡單，其基於較薄的種子層，得到高的垂直矯頑力。發明中對底層進行在位熱處理後，垂直翻轉場(矯頑力Hc_)從139 Oe提高到318 Oe0
對整個多層膜結構進一步進行後火處理，提高了 4倍,高達620 Oe0同時，其單軸各
向異性常數治/最高可達
【權利要求】
1.一種有效增強磁性多層膜垂直矯頑力的方法，其特徵在於，具體步驟如下: (1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩衝層和種子層； (2)鍍好種子層後，進行熱退火處理；熱退火處理溫度為300-550°C； (3)待溫度緩慢冷卻至室溫後，再依次通過磁控濺射法鍍磁性層及保護層，得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟(3)後，還包括步驟(4)，其對得到的整個多層膜進行後退火處理，具體條件為:真空下，後退火處理溫度為200-250°C，其間沿垂直於膜面方向施加恆定磁場。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於:步驟(2)、步驟(4)中進行退火處理時，升溫速率為8-10°C /min ;恆溫20min_60min。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述襯底為玻璃襯底，所述緩衝層為Ta單層膜，種子層為Cu層，磁性層為具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結構，其中Co層在下，Ni層在上，N取值範圍為3-8 ;保護層為Ta層，得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結構。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於:緩衝Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為.2.0nm ；Co層為0.28-0.35nm ；Ni層厚度為Co層的1.8-2倍，N為4 ;保護Ta層，厚度為5nm。
【文檔編號】H01L43/12GK103682087SQ201310734074
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】張宗芝, 吳迪, 陳紹海, 金慶原 申請人:復旦大學