[發明專利]一種磁性多層膜中實現垂直各向異性的方法

無效

• 申請號: 02111172.3
• 申請日: 2002-03-27
• 公開（公告）號: CN1385865A
• 公開（公告）日: 2002-12-18
• 發明（設計）人: 周仕明;袁淑娟;王磊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01F1/08
• 分類號: H01F1/08;H01F41/14;G11B5/84
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛

技術領域

本發明屬磁電子學領域，具體涉及一種磁性多層膜中實現垂直各向異性的方法。

技術背景

交換偏置，是指鐵磁(FM)/反鐵磁(AFM)雙層膜系統經過磁場冷卻以后，矯頑力H_c明顯得到增強，??同時磁滯回線偏離了原點。FM/AFM雙層膜交換偏置是高密度磁記錄讀出頭等巨磁電阻磁場傳感器、及磁隨機存儲單元(MRAM)等磁電子學器件中的核心結構。在上述應用中，人們利用鐵磁/反鐵磁雙層膜的平行交換偏置。事實上，不但可以利用平行交換偏置實現面內各向異性的增強，而且也可以利用垂直交換偏置(指場冷和測量過程中外磁場都垂直于膜面)提高垂直膜的垂直各向異性。盡管人們還沒有嘗試利用交換偏置使面內膜成為垂直膜，但是這項工作可能將對高密度信息存儲領域具有非常重要的意義。

垂直各向異性是高密度磁光存儲及高密度垂直磁記錄介質的必要條件之一。過去產生垂直各向異性有以下幾種方法：(1)一些重稀土金屬合金薄膜呈現，如Gd-Fe，Tb-Fe-Co等；(2)Co-Pt，Fe-Pt，Co-Pd，Fe-Pd等以Pd和Pt為基的合金薄膜也有垂直各向異性；(3)利用形狀各向異性在磁記錄介質中實現垂直各向異性；(4)另一種產生垂直各向異性的方法是利用磁性/非磁性多層膜中的界面各向異性。上述各種方法都有一個共同的缺陷，只有一些特定的元素組合才能實現垂直各向異性，有很大的局限性。

由于垂直各向異性是實現高密度垂直磁記錄和磁光存儲的必要條件，因此尋找實現磁性多層膜中的垂直各向異性的新方法，將在高密度垂直磁記錄及磁光存儲領域具有重要的潛在應用價值，有助于推動信息存儲等高科技領域的發展，并有可能產生巨大的經濟效應。

發明內容

本發明的目的在于提出一種能夠在磁性多層膜中實現垂直各向異性的方法，并克服上述已有方法的缺陷。

本發明提出的磁性多層膜中實現垂直各向異性的方法是利用鐵磁/反鐵磁多層膜中的垂直交換偏置實現垂直各向異性，??具體步驟如下：

1、在玻璃或硅等襯底上，用真空鍍膜方法交替沉積鐵磁/反鐵磁層構成調制結構多層膜，膜層的周期為5-100，鐵磁層的厚度為0.1--10納米，反鐵磁層厚度為1-99納米不等。

2、再在多層膜上覆蓋一層抗氧化層，以便對多層膜進行保護。該抗氧化保護層材料可以為Cu、SiO₂、Au、Ta等。

3、然后對多層膜樣品進行磁場冷卻，其中外磁場的方向平行于膜面的法線方向，從高于反鐵磁層的奈爾溫度降到低于反鐵磁層的奈爾溫度，外加磁場需要足夠大，使得鐵磁層的磁化強度能夠沿法線方向飽和磁化。

沉積多層膜之前，在玻璃或硅等襯底上還可以先沉積一層厚度為1--99納米的緩沖層。該緩沖層材料可以是各種材料，只要使得反鐵磁層能夠實現交換偏置。

本發明中，鐵磁層可以是Fe、Co、Ni、稀土金屬及其合金，反鐵磁層可以是各種能夠存在交換偏置的反鐵磁材料；緩沖層材料可以是Cu、Ta、Cr等，緩沖層的選擇主要依反磁層材料而定。真空鍍膜方法可以是通常的磁控濺射方法等。

本發明利用鐵磁/反鐵磁多層膜的垂直交換偏置，使得原本的面內膜變成了垂直膜，它適合所有鐵磁/反鐵磁體系，適用所有的鐵磁性材料，具有非常大的選擇性，將可以彌補以往方法上的不足和缺陷，因此這一發明有了本質的區別和質的飛躍。這將對高密度垂直磁記錄及磁光存儲等信息存儲領域具有重大的潛在應用價值。

附圖說明

圖1、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/CoO(4.0nm)]₄₀多層膜經過磁場冷卻后在低溫及室溫的磁滯回線。

圖2、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/CoO(4.0nm)]₄₀多層膜經過磁場冷卻后矯頑力隨著溫度的變化而變化。

圖3、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/Fe₅₀Mn₅₀(4.0nm)]₄₀多層膜經過磁場冷卻后在不同溫度下的磁滯回線。

具體實施方式

下面通過實施例進一步描述本發明。

實施例1，Fe₁₉Ni₈₁/CoO多層膜