[發明專利]消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710044602.0
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106887328B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 王三勝;張玉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01F41/18
• 分類號: H01F41/18;H01F41/30;H01F1/00;C23C14/14;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 劉秀珍

本發明涉及磁性薄膜制備技術領域，公開了一種消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜及其制備方法。本發明非晶CoSiB厚膜為(CoSiB/Ti)n/CoSiB納米周期結構，每層CoSiB薄膜的厚度為100nm?300nm，每層Ti薄膜的厚度為2?8nm。本發明采用CoSiB強磁靶為濺射靶材，以射頻磁控濺射的方式制備CoSiB薄膜；然后采用Ti靶材為濺射靶材，以直流磁控濺射的方式，在制得的CoSiB薄膜表面鍍制Ti薄膜；反復交替生長，制備n>1的納米周期結構。

技術領域

本發明涉及磁性薄膜制備技術領域，特別是涉及一種消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜及其制備方法。

背景技術

Co基的非晶合金具有較高的磁導率，低的飽和場，以及接近于零的磁致伸縮系數，優良的機械性能、軟磁特性以及抗氧化腐蝕的能力，因此被廣泛應用于磁傳感器、磁頭磁芯、變壓器、薄膜電感器和垂直記錄的軟磁底層等領域。

現有研究表明，基于Co-Si-B非晶薄膜制備的多層膜體系，其巨磁阻抗效應非常顯著，具有非常高的阻抗變化率，并且激勵電流的頻率非常低，為100KHz～10MHz，這樣會降低基于巨磁阻抗效應的磁傳感器件在電路信號方面處理的難度，提高了磁傳感器的靈敏度。但是，隨著薄膜厚度增加，Co-Si-B非晶薄膜體系會呈現一種反常的磁化行為，稱之為自旋重取向現象，即在磁化過程中，磁化方向由面內向面外方向偏轉。該現象的出現導致的后果是惡化了薄膜的軟磁特性，使得Co-Si-B非晶厚膜的巨磁阻抗特性消失。因而對于Co-Si-非晶合金而言，在薄膜厚度達到臨界尺度后，自旋相關的磁化取向問題對于巨磁阻抗效應的抑制非常的嚴重。

出現自旋重取向現象的磁性材料的磁滯回線呈現頗好的矩形，其矯頑場增大，但其剩磁較低，磁化強度增加很慢，飽和場很大。磁疇觀察說明迷宮疇的存在是導致這種難磁化的原因。而這種迷宮疇被認為是由垂直磁各向異性造成的。對于非晶體系而言，廣泛的研究認為，垂直各向異性的來源是由于磁致伸縮-應力耦合效應造成的。所以一直以來應力效應導致的垂直各項異性的出現被認為是非晶體系自旋重取向現象發生的原因。因而，消除薄膜應力，通過熱生長或者退火的方式消除微觀應力是實現對于自旋重取向現象的可控調制的有效方法。

但是對于Co-Si-B材料體系，采用熱生長方式并不能有效控制自旋重取向現象，試驗表明，在很寬的溫度范圍內，并沒有觀察到磁特性的改變，仍保留幾乎與原有相同的磁各向異性。除此之外，在延續很寬的溫度范圍內，從低溫5K直到居里溫度，探測厚膜的Co-Si-B非晶合金的磁滯回線，其形狀仍然延續為低剩磁狀態下的矩形曲線，表明了垂直各向異性仍然存在，沒有發現反向的自旋重取向現象。換言之，溫度效應誘發的應力釋放或者原子弛豫現象不是形成自旋重取向的誘因。尋找有效的方法來控制垂直各向異性的產生對于Co-Si-B非晶合金尤為重要。

發明內容

本發明提供一種可有效消除非晶CoSiB厚膜的反常自旋重取向的多層結構膜及其制備方法。

解決的技術問題是：現有Co-Si-B材料體系不能有效控制自旋重取向現象。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜，所述非晶CoSiB厚膜為(CoSiB/Ti)n/CoSiB納米周期結構，每層CoSiB薄膜的厚度為100nm-300nm，每層Ti薄膜的厚度為2-8nm。

本發明消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜，進一步的，所述CoSiB薄膜和Ti薄膜之間的界面粗糙度不大于2nm。

本發明消除反常自旋重取向的非晶CoSiB厚膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、CoSiB薄膜制備：采用CoSiB強磁靶為濺射靶材，以射頻磁控濺射的方式制備CoSiB薄膜，濺射功率為250w，濺射時間為4-6min；