[發明專利]一種提高鐵磁/反鐵磁交換偏置雙層膜性能的方法

無效

• 申請號: 200710178704.8
• 申請日: 2007-12-04
• 公開（公告）號: CN101169937A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 于廣華;劉洋;金川
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G11B5/39
• 分類號: G11B5/39;H01L43/08
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于磁記錄介質領域金屬磁性多層膜的制備方法，特別涉及交換偏置多層膜的改性。

背景技術

近十幾年來，交換偏置自旋閥在磁傳感器、計算機硬盤讀頭和磁電阻隨機存儲器(MRAM)等方面得到了廣泛應用，大大提高了磁記錄密度。在交換偏置自旋閥中，包含一個自由鐵磁層和一個被釘扎的鐵磁層，此處利用了一個反鐵磁層，通過鐵磁/反鐵磁(FM/AFM)界面的交換耦合作用，使被釘扎鐵磁層的磁矩保持在一個固定的方向上，不隨外場反轉。FM/AFM體系的交換偏置場H_ex是衡量反鐵磁層釘扎能力的基本指標。實際應用中需要其中的AFM材料能夠提供足夠高的交換耦合場并且具有較好的熱穩定性。在研究交換偏置雙層膜的過程中，人們一直在尋求提高交換耦合場的辦法。

目前在交換偏置體系中應用最為廣泛的反鐵磁材料是IrMn，IrMn具有265℃左右的截止溫度T_B，一般通過在器件制備過程中250～300℃帶場退火來誘導交換偏置。相比之下，Fe₅₀Mn₅₀具有無需退火就可生成反鐵磁相的獨特優點，但是交換耦合能較低，熱穩定性不好(T_B只有～150℃)，限制了它在實際中的應用。文獻[Mutsuko?Jimbo，Shingo?Yokochi，Koji?Yamagishi，and?Junichi?Kurita，J?Appl.Phys.，89(11)，7622(2001)]報道了在250℃條件下退火時，FeMn中的Mn原子的擴散十分劇烈，大量的Mn原子穿越界面進入到鐵磁層內部，嚴重破壞了FM/AFM界面的交換耦合。但是如果通過對其改性，例如在FeMn內部摻入少量的Pt，阻止Mn原子的擴散[Mutsuko?Jimbo，ShingoYokochi，Koji?Yamagishi，and?Junichi?Kurita，J.Appl.Phys.89(11)，7622(2001)]，同時提高交換耦合能J_ex，FeMn將具有十分重要的應用價值。

目前用來提高FeMn性能的方法有：(i)在NiFe/FeMn體系中將少量Pt摻入FeMn層[Mutsuko?Jimbo，Shingo?Yokochi，Koji?Yamagishi，and?Junichi?Kurita，J.Appl.Phys.89(11)，7622(2001)]；(ii)在(Pt/Co)_n/FeMn的Co/FeMn界面插入2～4的Pt插層[F.Garcia，J.Sort，B.Rodmacq，S.Auffret，and?B.Dieny，Appl.Phys.Lett.83(17)，3537(2003)]。不過方法(ii)只適用于鐵磁層具有垂直各向異性的(Pt/Co)_n體系，并且只有在Co層非常薄(一般為1～3個原子層)的情況下才能起到提高交換偏置的作用。如果在NiFe/FeMn界面插入Pt層，則只能導致該體系的交換偏置隨插層厚度增加而單調下降。

發明內容

本發明提供了一種提高FM/FeMn雙層膜交換耦合場的方法。提出在FM/FeMn界面引入PtFeMn插層，阻止Mn原子向鐵磁層的擴散，改善FM/FeMn雙層膜體系的熱穩定性，提高體系的交換耦合能J_ex，從而提高交換偏置場H_ex。