br>[0059]保护层4的材料不限，能够起到保护电极的作用即可，例如可以是Ta、Pt、Cu、AuRu等。保护层4的厚度优选为I至5纳米，进一步优选为2纳米。
[0000]本发明提供的铁磁-反铁磁薄膜异质结构的铁磁层采用全哈斯勒(Heusl er)合金，具有很高的有效自旋极化率，半金属性好，使得铁磁-反铁磁薄膜异质结构具有很好的交换偏置效应，而反铁磁层采用多铁性材料，不但具备各种单一的铁性，还具备在铁磁序和铁电序之间存在的耦合效应，表现出磁电耦合效应，因此，通过改变反铁磁层的厚度变化，来影响铁磁-反铁磁界面处的交换耦合作用，就可以获得整个异质结构的磁性变化，获得一个具有振荡形式的交换偏置效应，基于交换偏置效应的磁电子器件可应用于磁电阻读出磁头、磁传感器、磁随机存储器等磁存储领域。
[0061]该异质结构中反铁磁层的铁电测试结果如图2所示。可以观测到反铁磁层BiFeO3具有很好的铁电性能，其剩余极化值为24yC/cm2、饱和极化值为38yC/cm2、矫顽力最大值为600kV/cm。图3是所制备的异质结构在不同反铁磁层厚度下获得的磁滞回线数据图，反铁磁层的厚度从20nm到120nm变化时，磁滞回线中的交换偏置大小会有一个振荡变化，这可以很形象直观的从图4观测到。图4是所制备的异质结构的交换偏置与反铁磁厚度的关系图，从图中可以看到，随着反铁磁层厚度的增加，交换偏置有一个周期性的振荡变化，基于这种振荡形式的交换偏置效应所形成的磁电子器件，在磁存储领域上有非常大的潜在应用价值。
[0062]本发明提供的铁磁-反铁磁薄膜异质结构可作为存储介质广泛的应用于磁存储设备中。
[0063]本发明还提供了上述铁磁-反铁磁薄膜异质结构的制备方法。该制备方法包括如下步骤:
[0064]步骤A、在衬底上沉积多铁性材料以形成反铁磁层。
[0065]步骤B、在步骤A形成的反铁磁层上沉积全哈斯勒(Heusler)合金以形成铁磁层。
[0066]步骤C、在步骤B形成的铁磁层上形成保护层。
[0067]具体的，步骤A中，在衬底上沉积BiFe03以形成反铁磁层。
[0068]在一个优选实施例中，在沉积室内进行沉积过程，沉积室的真空度高于5 X 10—5Pa，沉积时的氧气压力为8?10Pa，沉积温度为700?750°C，进一步优选为720°C，采用原位脉冲激光在衬底上沉积BiFeO3，沉积时，激光能量为200mJ?400mJ，频率为I?5Hz，进一步优选为3Hz。完成沉积过程后进行退火，退火过程中，氧气压力为I X 14Pa,退火时间为15?60分钟，进一步优选为30分钟。退火完成后，除去沉积室中的氧气，抽真空至真空度高于5X10 一5Pa，然后进行步骤B。
[0069]步骤B中，采用原位脉冲激光在反铁磁层上沉积Co2FeAltL5S1.5，沉积温度为室温，温度范围是10?40°C;沉积时的激光能量为200mJ?400mJ，频率为I?5Hz，进一步优选为3Hz0
[0070]步骤C中，在铁磁层上磁控溅射生长保护层，在溅射室内进行溅射过程，溅射室的真空度高于2X10—5Pa,溅射温度为室温，温度范围是10?40 °C，溅射时的氩气压力为0.2?IPa，进一步优选为0.5Pa。
[0071]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0072]同时，应当理解，示例实施例被提供，以使本公开是全面的，并将其范围充分传达给本领域技术人员。很多特定细节(例如特定部件、设备和方法的示例)被给出以提供对本公开的全面理解。本领域技术人员将明白，不需要采用特定细节，示例实施例可以以很多不同的形式被实施，并且示例实施例不应被理解为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，众所周知的设备结构以及众所周知的技术没有详细描述。
[0073]当一元件或层被提及为在另一元件或层“上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接至Γ另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、被直接接合、连接或联接到另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当一元件被提及为“直接”在另一元件或层“上”、“直接被接合到”、“直接被连接到”或“直接被联接到”另一元件或层时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以相似方式被解释(例如，“之间”与“直接在之间”，“邻近”与“直接邻近”等)。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或更多关联的所列项目中的任一或全部组合。
[0074]虽然术语第一、第二、第三等在此可被用于描述各个元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、区域、层或区段区分开。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数值术语当在此使用时不意味着次序或顺序，除非上下文明确指出。因而，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不背离示例实施例的教导。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0075]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种铁磁-反铁磁薄膜异质结构，包括层叠设置的反铁磁层(2)和铁磁层(3)，其特征在于:所述铁磁层(3)的材料为全哈斯勒合金； 所述反铁磁层(2)的材料为多铁性材料。2.根据权利要求1所述的铁磁-反铁磁薄膜异质结构，其特征在于:所述全哈斯勒合金为 Co2FeAl0.5S1.5、Co2FeS1、Co2TiSn 或者 全哈斯勒合金为X2YGa，其中，X为Co，Fe或Ni ； Y为V，Cr，Mn或Cu。 优选的，所述铁磁层(3)的厚度为I至10纳米，进一步优选为5纳米。3.根据权利要求1所述的铁磁-反铁磁薄膜异质结构，其特征在于:所述反铁磁层(2)的材料为 BiFeO3、BiFe0.sMn0.SO3SYMnO3。4.根据权利要求1至3任一项所述的铁磁-反铁磁薄膜异质结构，其特征在于:还包括衬底(I)，所述反铁磁层(2)和所述铁磁层(3)依次层叠设置于所述衬底(I)上。 优选的，所述衬底(I)为钛酸锶单晶基片或掺铌钛酸锶单晶基片。5.根据权利要求1至3任一项所述的铁磁-反铁磁薄膜异质结构，其特征在于:还包括保护层(4)，设置于所述铁磁层(3)之上。 优选的，所述保护层(4)的材料为Ta、Pt、Cu、Au Ru。 优选的，所述保护层(4)的厚度为I至5纳米，进一步优选为2纳米。6.—种如权利要求1至5任一项所述铁磁-反铁磁薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤A、在衬底上沉积多铁性材料以形成反铁磁层； 步骤B、在步骤A形成的反铁磁层上沉积全哈斯勒合金以形成铁磁层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:步骤A中，在衬底上沉积BiFeO3以形成所述反铁磁层； 优选的，在沉积室内进行沉积过程，沉积室的真空度高于5 X 10—5Pa; 优选的，沉积时的氧气压力为8?1Pa; 优选的，沉积温度为700?750 °C，进一步优选为720 °C ； 优选的，采用原位脉冲激光在衬底上沉积BiFeO3，沉积时，激光能量为200mJ?400mJ，频率为I?5Hz，进一步优选为3Hz ； 优选的，完成沉积过程后进行退火，退火过程中，氧气压力为I X 104Pa，退火时间为15?60分钟，进一步优选为30分钟； 优选的，退火完成后，除去沉积室中的氧气，抽真空至真空度高于5 X 10—5Pa,然后进行步骤B。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:步骤B中，采用原位脉冲激光在反铁磁层上沉积 Co2FeAl0.5S1.5; 优选的，沉积温度为10?40 °C ； 优选的，沉积时的激光能量为200mJ?400mJ，频率为I?5Hz，进一步优选为3Hz。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:步骤B完成后，进行步骤C:在步骤B形成的铁磁层上形成保护层。 优选的，在铁磁层上磁控溅射生长保护层； 优选的，在溅射室内进行溅射过程，溅射室的真空度高于2 X 10—5Pa; 优选的，溅射温度为10?40 °C ； 优选的，溅射时的氩气压力为0.2?IPa，进一步优选为0.5Pa。10.—种磁存储设备，其特征在于，所述磁存储设置采用如权利要求1至9所述的铁磁-反铁磁薄膜异质结构作为磁存储介质。
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种铁磁-反铁磁薄膜异质结构、制备方法及磁存储设备，涉及磁存储技术领域。本发明提供的铁磁-反铁磁薄膜异质结构的铁磁层采用全哈斯勒合金，具有很高的有效自旋极化率，良好的半金属性，使得铁磁-反铁磁薄膜异质结构具有很好的交换偏置效应，而反铁磁层采用多铁性材料，不但具备各种单一的铁性，还具备在铁磁序和铁电序之间存在的耦合效应，表现出磁电耦合效应，因此，通过改变反铁磁层的厚度变化，来影响铁磁-反铁磁界面处的交换耦合作用，就可以获得整个异质结构的磁性变化，获得一个具有振荡形式的交换偏置效应，基于交换偏置效应的磁电子器件可应用于磁电阻读出磁头、磁传感器、磁随机存储器等磁存储领域。
【IPC分类】H01L43/12, H01L43/10
【公开号】CN105609630
【申请号】CN201610070644
【发明人】叶钊赫, 叶建国, 苗君
【申请人】唐山市众基钢结构有限公司, 苗君
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月1日