[發明專利]測定磁性超薄膜磁性均一度的方法及其應用

有效

• 申請號: 201710588067.5
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN109270106B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 何世坤
• 申請（專利權）人: 中電海康集團有限公司;浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: G01N24/00
• 分類號: G01N24/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;謝湘寧

本發明提供了一種測定磁性超薄膜磁性均一度的方法及其應用。該方法包括：步驟S1，提供磁性超薄膜樣品，并采用鐵磁共振法獲取磁性超薄膜樣品的鐵磁共振譜；步驟S2，根據鐵磁共振譜建立磁性超薄膜樣品的半高全寬隨微波頻率變化的第一關系曲線；以及步驟S3，線性擬合第一關系曲線，利用擬合結果表征磁性超薄膜樣品的均一度。上述方法僅通過鐵磁共振法中幾個頻率的測量，即能夠獲取磁性超薄膜樣品的均一度信息，有效地提高了測定效率、縮短了測定時間。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，具體而言，涉及一種測定磁性超薄膜磁性均一度的方法及其應用。

背景技術

電流讀寫的磁性隨機存儲器(ST-MRAM)是一種極具潛力的新型存儲器。要取代或部分取代現有的主流存儲器，必須實現兆字節(MB)到吉字節(GB)級別的大容量MRAM，這意味著MRAM當中的大量磁性隧道結(MTJ)位元間的讀寫電流電壓特性差別，即統計分布必須非常小。為此，研發和生產中第一要務是獲得磁性質高度均一的磁記錄薄膜層。由于該層厚度僅為1-2納米(幾個單原子層厚度)，上下界面的平整度、磁記錄層內部缺陷、退火溫度導致的臨近層間擴散等都會對均一度帶來損傷。

傳統的均一度表征方法為兩大類：1)表面和界面形貌分析，原子力顯微鏡(AFM)可以分析薄膜表面的粗糙度，橫斷面透射電鏡(TEM)分析界面的膜層情況；2)得到MTJ陣列以及測試電極后，測試大量器件的讀寫特性并進行統計分析。

然而，上述傳統的均一度表征方法均存在局限性：AFM只能在包含覆蓋層的表面進行分析，并且掃描結果受探針針尖影響大，在探針良好的情況下，也只能反映最上層的粗糙度，而磁記錄層(一般CoFeB)，必須覆蓋保護層以防止被空氣氧化，因此其分析的對象也是覆蓋的保護層而不是磁記錄層；TEM是當前最有效的手段，但是TEM制備樣品時間長，只能看到界面和結構的差異，并不能完全對應到最終磁信息的差異；得到MTJ陣列后的測試非常耗時，在前期的工藝優化過程中不適合。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種測定磁性超薄膜磁性均一度的方法及其應用，以解決現有技術中均一度表征方法均存在局限性的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種測定磁性超薄膜磁性均一度的方法，包括：步驟S1，提供磁性超薄膜樣品，采用鐵磁共振法獲取磁性超薄膜樣品的鐵磁共振譜；步驟S2，根據鐵磁共振譜建立磁性超薄膜樣品的半高全寬隨微波頻率變化的第一關系曲線；以及步驟S3，線性擬合第一關系曲線，利用擬合結果表征磁性超薄膜樣品的均一度。

進一步地，上述方法包括：步驟S1，將磁性超薄膜樣品置于第一磁場中，第一磁場的方向與磁性超薄膜樣品的表面垂直，以獲取磁性超薄膜樣品在第一磁場中的鐵磁共振譜；步驟S2，根據第一磁場中的鐵磁共振譜建立磁性超薄膜樣品的半高全寬隨微波頻率變化的第一關系曲線；以及步驟S3，線性擬合第一關系曲線，利用擬合結果表征磁性超薄膜樣品的長程均一度。

進一步地，步驟S3包括：利用公式I線性擬合第一關系曲線，得到磁性阻尼數值和截距，其中，公式I為△H_⊥為第一關系曲線中磁性超薄膜樣品的半高全寬，f為微波頻率，α為磁性阻尼數值，△H_0⊥為截距，γ為旋磁比，利用截距的大小表征長程均一度。

進一步地，上述方法還包括：步驟S1’，將磁性超薄膜樣品置于第二磁場中，第二磁場的方向與磁性超薄膜樣品的表面平行，以獲取磁性超薄膜樣品在第二磁場中的鐵磁共振譜；步驟S2’，根據第二磁場中的鐵磁共振譜建立磁性超薄膜樣品的半高全寬隨微波頻率變化的第二關系曲線；以及步驟S4，非線性擬合第二關系曲線，利用擬合結果表征磁性超薄膜樣品的短程均一度。