专利名称：利用表面活化剂对自旋阀改性的方法
技术领域：
本发明涉及巨磁电阻多层膜的制备方法，特别是涉及自旋阀巨磁电阻多层膜的改性。
背景技术：
自旋阀多层膜是近十几年迅速发展起来的一种实用化的巨磁电阻材料，它在传感器、计算机硬盘读头和磁电阻随机存储器(MRAM)等方面具有广阔的应用前景。制备这种薄膜材料的关键是在多层膜的顶层沉积反铁磁材料FeMn层，以使其与下面的软磁层产生钉扎作用，在文献B.Dieny，V.S.Speriosu，J S.Metin，S.S.P.Parkin，B.A.Gurney，P.Baumgart，and D.R.Wilhoit，J.Appl.Phys.，69，4774(1991).中提出的典型结构为单晶硅Si/钽Ta(50)/镍铁NiFe(60)/铜Cu(22)/镍铁NiFe(40)/铁锰FeMn(70)/钽Ta(50)，钽Ta分别为非磁性的缓冲层和保护层。这种结构的自旋阀多层膜虽然可以用来制作有关磁电阻器件，但是，正如文献Yu Guanghua，Li Minghua，Zhu Fengwu，JiangHongwei，Lai Wuyan，and Chai Chunlin，Chin.Phys.Lett.，18，1245(2001)。报道的那样，由于隔离Cu层原子容易偏析到NiFe/FeMn界面，导致该自旋阀巨磁电阻多层膜的交换耦合场下降，从而影响其磁学稳定性。目前，为了提高器件的磁学稳定性，需要尽可能地增大反铁磁材料和铁磁材料之间的交换耦合场Hex。文献A.E.Berkowitz，Kentaro Takano，J.Magn.Magn.Mater.，200，552(1999)中提出通常采用的方法是用IrMn、PtMn和PdPtMn等反铁磁材料替代FeMn材料。这样做，固然提高了交换耦合场Hex，增加了磁学稳定性，但也带来了新的问题。因为首先是这些贵金属锰合金反铁磁材料比较昂贵，另外，基于这些反铁磁材料的自旋阀多层膜制备完毕后，有的薄膜交换耦合场Hex很小，甚至为零，需要进行磁场热处理使得交换耦合系统磁有序，才能达到较高的交换耦合场Hex。所以，由于这两个原因将导致成本大大增加。
发明内容
本发明提出将表面活化剂Bi插入典型的自旋阀NiFe/Cu/NiFe/FeMn结构中，不仅可以提高NiFe和FeMn间的交换耦合场Hex，增加自旋阀的磁学稳定性，同时，可以降低有关器件制作成本。
本发明是在Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta结构中的Cu层和被钉扎的NiFe层之间插入少量的表面活化剂Bi，以制备出性能改进的自旋阀巨磁电阻多层膜。制备过程是在磁控溅射仪中进行，将清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积钽Ta(50～120)/镍铁NiFe(60～100)/铜Cu(23～30)/Bi(2～30)/镍铁NiFe(35～60)/铁锰FeMn(70～150)/钽Ta(50～90)，Ta层分别作为缓冲层和防氧化保护层。溅射室本底真空度为1×10-5～6×10-5Pa，溅射时氩气(99.99％)压为0.4～0.7Pa；基片用循环水冷却，平行于基片方向加有150～250Oe的磁场，以诱发一个易磁化方向。
本发明由于采用表面活化剂Bi插入自旋阀巨磁电阻多层膜膜中，使表面活化剂Bi与Cu和NiFe相比有较小的表面自由能以及较快的表面扩散能力，能够抑制Cu原子在NiFe/FeMn界面的偏聚。因而自旋阀巨磁电阻多层膜的交换耦合不会受到任何杂质的影响，其交换耦合场Hex比不插Bi的自旋阀的交换耦合场Hex提高最大可达60％，具有制备方便、不需要磁场热处理、成本低、交换耦合场Hex提高明显等优点。
图1为自旋阀巨磁电阻多层膜Ta(60)/镍铁NiFe(70)/铜Cu(26)/Bi(χ)/镍铁NiFe(45)/铁锰FeMn(120)/钽Ta(60)的交换耦合场Hex同插入Bi层厚度χ的关系曲线。
具体实施例方式在磁控溅射仪中制备自旋阀巨磁电阻多层膜。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。基片用循环水冷却，平行于基片方向加有250 Oe的磁场。溅射室本底真空4×10-5Pa，在溅射时氩气(纯度为99.99％)压为0.5Pa的条件下依次沉积钽Ta(60)/镍铁NiFe(70)/铜Cu(26)/Bi(12)/镍铁NiFe(45)/铁锰FeMn(120)/钽Ta(60)。从图1交换耦合场Hex同插入Bi层厚度χ的关系曲线中可以看出，插入12厚的活化剂Bi时自旋阀中NiFe/FeMn间交换耦合场Hex与不插入活化剂Bi时相比提高了60％。
权利要求
1.一种利用表面活化剂对自旋阀改性的方法，在磁控溅射仪中，将清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上沉积Ta、NiFe、Cu、NiFe、FeMn、Ta，其特征在于，沉积的顺序依次是钽Ta(50～120)/镍铁NiFe(60～100)/铜Cu(23～30)/Bi(2～30)/镍铁NiFe(35～60)/铁锰FeMn(70～150)/钽Ta(50～90)。
2.如权利要求1所述的利用表面活化剂对自旋阀改性的方法，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0.4～0.7Pa，基片用循环水冷却，平行于基片方向加有150～250 Oe的磁场。
全文摘要
一种利用表面活化剂对自旋阀改性的方法,涉及巨磁电阻多层膜的制备方法。本方法是将清洗干净的玻璃基片上依次沉积钽Ta(50～120A)/镍铁NiFe(60～100A)/铜Cu(23～30A)/Bi(2～30A)/镍铁NiFe(35～60A)/铁锰FeMn(70～150A)/钽Ta(50～90A)。本发明由于采用表面活化剂Bi插入自旋阀巨磁电阻多层膜膜中,其交换耦合场H
文档编号G11B5/39GK1381909SQ0210367
公开日2002年11月27日 申请日期2002年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者朱逢吾, 于广华, 赖武彦, 滕蛟 申请人:北京科技大学