[發(fā)明專利]易軸垂直取向的人工合成反鐵磁體和贗自旋閥薄膜結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910197211.8
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101692374A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張宗芝;賀赫;馬斌;金慶原
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01F10/12
• 分類號: H01F10/12;H01F10/26;H01F10/32;H01F41/18;G11B5/39
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬磁記錄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高密度非揮發(fā)性磁隨機(jī)存儲器和其它自旋電 子器件，尤其涉及一種具有垂直磁各向異性的人工合成反鐵磁贗自旋閥。

背景技術(shù)

由于人工合成反鐵磁結(jié)構(gòu)可以降低層間靜磁耦合并減小釘扎層的退磁場，已經(jīng)被廣泛 用于傳統(tǒng)的面內(nèi)磁化巨磁電阻自旋閥和磁隧道結(jié)器件中，并在硬盤讀頭和磁隨機(jī)存儲器中 發(fā)揮重要作用。近年來，垂直磁化自旋閥的諸多優(yōu)點(diǎn)，比如強(qiáng)的磁穩(wěn)定性，高的信息存儲 密度以及翻轉(zhuǎn)可靠性等，為更低尺度自旋電子器件的設(shè)計(jì)和實(shí)用化提供了可能性。而普通 垂直磁各向異性自旋閥由于自由層和參考層的翻轉(zhuǎn)場差別一般比較小，溫度升高時這種差 別甚至消失，造成其磁化強(qiáng)度的同時翻轉(zhuǎn)從而使信號降低甚至消失。我們把人工合成反鐵 磁結(jié)構(gòu)與垂直各向異性自旋閥結(jié)合起來，既保留了垂直各向異性自旋閥在高存儲密度方面 的潛在優(yōu)勢，同時引入了較大的翻轉(zhuǎn)場平臺，從而大大改善了自旋閥巨磁電阻信號的熱穩(wěn) 定性，解決了垂直磁化自旋電子學(xué)器件在將來的實(shí)用中所面臨的這一關(guān)鍵問題。

參考文獻(xiàn)：

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種可以用于高密度磁存儲的人工合成垂直磁化反鐵磁體和 贗自旋閥結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提出的人工合成反鐵磁體，是一種以[Co/Ni]膜為基的具有垂直磁各向異性的人 工合成反鐵磁結(jié)構(gòu)，并首次將其引入到贗自旋閥結(jié)構(gòu)中作為參考層，使垂直磁化的自旋閥 有了更好的穩(wěn)定性，能夠滿足其在高密度磁電阻型不揮發(fā)隨機(jī)存儲器及其它微納自旋電子 學(xué)器件中的應(yīng)用。

本發(fā)明提出的反鐵磁體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一共分為3層，自下而上依次是緩沖層、人 工合成反鐵磁層和保護(hù)層。上述結(jié)構(gòu)中，緩沖層采用Ta/Cu雙層膜，其中Ta層厚度為 1-10nm，Cu層厚度為0.6-3.0nm，其作用主要是避免由于襯底表面形貌等原因?qū)ψ孕y 性質(zhì)產(chǎn)生不良影響，并且也能誘導(dǎo)上層材料的晶向。人工合成反鐵磁層由兩個具有垂直磁 各向異性的[Co/Ni]多層膜中間夾一非磁性的Ru層構(gòu)成，其中Ru層的厚度為0.5-0.9nm， 以保證具有強(qiáng)的反鐵磁耦合，Ru層下面的[Co/Ni]多層膜中，Ni層在下，厚度為0.50-0.70 nm，Co層在上，厚度為0.15-0.33nm，多層膜的周期數(shù)為2-8；Ru層上面的[Co/Ni]多層膜 中，Co層在下，厚度為0.15-0.33nm，Ni層在上，厚度為0.50-0.70nm，該多層膜的周 期數(shù)為3-5；保護(hù)層是為了防止薄膜氧化，采用不易氧化的金屬Ta，厚度為1-10nm。

本發(fā)明提出的人工合成反鐵磁贗自旋閥結(jié)構(gòu)如圖2所示，從下到上一共分為5層，依 次是：緩沖層、自由層、Cu中間層、人工合成反鐵磁層和保護(hù)層。即在上述反鐵磁體結(jié)構(gòu) 中，于緩沖層與人工合成反鐵磁層之間依次增加自由層和Cu中間層。緩沖層的結(jié)構(gòu)和作 用與圖1相同，自由層采用自旋極化率較高的鐵磁材料[Ni/Co]垂直磁化多層膜，其中Ni 層在下，Co層在上，厚度分別為0.50-0.70nm和0.15-0.33nm，多層膜的周期數(shù)為2-4。 采用上述的人工合成反鐵磁體結(jié)構(gòu)作為參考層。Cu中間層厚度為2.1-3.3nm。為了減小 分流作用造成的巨磁電阻信號降低，在保證性能的條件下盡量降低各膜層厚度和多層膜的 重復(fù)周期數(shù)。

本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)采用直流磁控濺射設(shè)備在室溫下制備，各金屬薄膜都采用直流濺射， 以氬氣為工作氣體。具體步驟如下：