专利名称：一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及功能材料薄膜的制备方法，特别是涉及制备磁电阻薄膜。
背景技术：
各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)坡莫合金薄膜(Ni0.81Fe0.19)可用来制作计算机硬盘读头、磁性随机存储器、各类磁传感器等应用器件，广泛地用于自动化技术、家用电器、导航系统、移动通讯、大容量存储器和计算机等领域。这种AMR薄膜材料通常选用Ta作为Ni0.81Fe0.19薄膜的(111)织构诱导层(亦即种子层)，所以，其结构简单、制作相对容易、价廉、稳定性好，在体积、质量及成本上有很大优势，即使在发现了巨磁电阻(Giant Magnetoresistance，GMR)效应并且其产品迅速开发的今天，用传统AMR薄膜制做的磁传感器等器件在市场上仍然占主流。目前，国际上在不断地改进AMR薄膜的性能，旨在提高其磁场灵敏度、降低噪音等，以扩大其应用领域。为了达到这个目的，AMR坡莫合金薄膜必须沉积的更薄，矫顽力更小，且AMR值尽可能大。在文献T.Miyazaki，T.Ajima，F.Sato，J MagnMagn Mater，81，86(1989)中提出通过高温沉积，在文献H.Funaki，S.Okamoto，O.Kitakami，J.Appl.Phys.，33，1304(1994)中提出利用退火等方法可以使坡莫合金薄膜的AMR值提高近50％，然而，这些方法的生产成本都较高，不利于AMR元器件的规模化生产。
发明内容
本发明提出利用体心结构的NiFeCr薄膜替代传统的Ta薄膜作为坡莫合金薄膜的种子层，可以增大坡莫合金薄膜的表面平均晶粒尺寸并增强其(111)织构，从而提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻AMR值；同时，可以降低有关器件的制作成本，实现规模化生产。
本发明是在传统的Ta/NiFe薄膜结构中，用NiFeCr代替Ta作为NiFe薄膜的一种新型种子层，以制备出性能改进的各向异性磁电阻薄膜。制备过程是在磁控溅射仪中进行，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积1.0～12.0nm镍铁铬(Ni0.81Fe0.19)xCr1-x、10.0～200.0nm镍铁Ni0.81Fe0.19和5.0～9.0nm钽Ta。其中(Ni0.81Fe0.19)xCr1-x层作为种子层，x值介于0.13～0.53之间；Ta层作为防氧化保护层。溅射室本底真空度为1×10-5～6×10-5Pa，溅射时99.99％纯度的高纯氩气气压为0.4～2.7Pa，溅射沉积速率为0.03～0.33nm/秒；基片用循环去离子水冷却，平行于基片平面方向加有150～300 Oe的磁场，以诱发一个易磁化方向，并且基片始终以8～30转/分钟的速率旋转。
本发明由于采用NiFeCr薄膜作为NiFe薄膜的一种新型种子层，使NiFe薄膜的表面平均晶粒尺寸比传统的以Ta薄膜作为种子层时NiFe薄膜的表面平均晶粒尺寸有较大的增加，从而减少了NiFe薄膜中的晶界，减弱了导电电子的散射，使薄膜的AMR值增加。同时，NiFeCr种子层显著增强了NiFe薄膜的(111)衍射峰，表明NiFeCr种子层促进了NiFe薄膜沿该方向上的结晶生长，由于[111]方向是坡莫合金的易磁化方向，所以薄膜的各向异性磁电阻AMR值就得到了提高。NiFeCr种子层使NiFe薄膜的AMR值最大提高可达34％，具有制备方便、不需要高温沉积和磁场热处理、成本低等优点，对于以NiFeCr替代Ta作为种子层制备的坡莫合金薄膜在磁记录和磁场传感器件等方面上的应用具有重要意义。
图1中(a)、(b)曲线分别是5.5nm厚度的NiFeCr和5.4nm Ta为种子层时Ni0.81Fe0.19(ynm)薄膜的AMR值随其厚度y变化的曲线。
图2中(a)、(b)曲线分别是5.4nm Ta和5.5nm NiFeCr为种子层时Ni0.81Fe0.19(60.0nm)薄膜的XRD图，(a1)、(b1)曲线分别是(a)、(b)曲线薄膜在200℃退火后样品的XRD图。
图3是5.4nm Ta为种子层时30.0nm Ni0.81Fe0.19薄膜的原子力显微镜(AFM)像。
图4是5.5nm NiFeCr为种子层时30.0nm Ni0.81Fe0.19薄膜的原子力显微镜(AFM)像。
具体实施例方式在磁控溅射仪中制备各向异性坡莫合金薄膜。首先将玻璃基片用有机化学溶剂和去离子水超声清洗，然后装入溅射室样品基座上。基片用循环去离子水冷却，平行于基片方向加有250 Oe的磁场，并且基片始终以18转/分钟的速率旋转，。溅射室本底真空4×10-5Pa，在溅射时99.99％纯度的高纯氩气气压为0.4Pa的条件下依次沉积5.5nm厚度的NiFeCr/10.0～60.0nm厚度的Ni0.81Fe0.19；5.4nm厚度的Ta/10.0～60.0nm厚度的Ni0.81Fe0.19。Ta、NiFeCr和Ni0.81Fe0.19的溅射沉积速率分别为0.1、0.12和0.15nm/秒。从图1不同种子层的Ni0.81Fe0.19(ynm)薄膜AMR值随其厚度y变化的曲线中可以看出，以5.5nm厚度的NiFeCr为种子层的10.0nm厚度的Ni0.81Fe0.19薄膜的AMR值比5.4nm厚度的Ta为种子层的10.0nm厚度的Ni0.81Fe0.19薄膜的AMR值提高了近34％。
权利要求
1.一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，在磁控溅射仪中，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上沉积镍铁Ni0.81Fe0.19，其特征在于，沉积镍铁Ni0.81Fe0.19薄膜时，将(Ni0.81Fe0.19)xCr1-x层作为种子层，x值介于0.13～0.53之间；沉积的顺序依次是1.0～12.0nm厚度的镍铁铬(Ni0.81Fe0.19)xCr1-x、10.0～200.0nm厚度的镍铁Ni0.81Fe0.19和5.0～9.0nm钽Ta。
2.如权利要求1所述的一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，其特征在于，溅射室本底真空度为1×10-5～6×10-5Pa，溅射时氩气压为0.4～2.7Pa，溅射沉积速率为0.03～0.33nm/秒，基片用循环去离子水冷却，平行于基片方向加有150～300Oe的磁场，并且基片始终以8～30转/分钟的速率旋转。
全文摘要
一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，涉及功能材料薄膜的制备，特别是涉及制备磁电阻薄膜。本方法是在清洗干净的玻璃基片上或单晶硅基片上沉积镍铁Ni
文档编号H01F10/14GK1438355SQ03119630
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月18日 优先权日2003年3月18日
发明者朱逢吾, 于广华, 李海峰, 杨涛, 滕胶 申请人:北京科技大学