專利名稱：一種磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬磁電子學領(lǐng)域，具體涉及一種磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法。
垂直各向異性是高密度磁光存儲及高密度垂直磁記錄介質(zhì)的必要條件之一。過去產(chǎn)生垂直各向異性有以下幾種方法(1)一些重稀土金屬合金薄膜呈現(xiàn)，如Gd-Fe，Tb-Fe-Co等；(2)Co-Pt，F(xiàn)e-Pt，Co-Pd，F(xiàn)e-Pd等以Pd和Pt為基的合金薄膜也有垂直各向異性；(3)利用形狀各向異性在磁記錄介質(zhì)中實現(xiàn)垂直各向異性；(4)另一種產(chǎn)生垂直各向異性的方法是利用磁性/非磁性多層膜中的界面各向異性。上述各種方法都有一個共同的缺陷，只有一些特定的元素組合才能實現(xiàn)垂直各向異性，有很大的局限性。
由于垂直各向異性是實現(xiàn)高密度垂直磁記錄和磁光存儲的必要條件，因此尋找實現(xiàn)磁性多層膜中的垂直各向異性的新方法，將在高密度垂直磁記錄及磁光存儲領(lǐng)域具有重要的潛在應用價值，有助于推動信息存儲等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，并有可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效應。
本發(fā)明提出的磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法是利用鐵磁/反鐵磁多層膜中的垂直交換偏置實現(xiàn)垂直各向異性， 具體步驟如下1、在玻璃或硅等襯底上，用真空鍍膜方法交替沉積鐵磁/反鐵磁層構(gòu)成調(diào)制結(jié)構(gòu)多層膜，膜層的周期為5-100，鐵磁層的厚度為0.1--10納米，反鐵磁層厚度為1-99納米不等。
2、再在多層膜上覆蓋一層抗氧化層，以便對多層膜進行保護。該抗氧化保護層材料可以為Cu、SiO2、Au、Ta等。
3、然后對多層膜樣品進行磁場冷卻，其中外磁場的方向平行于膜面的法線方向，從高于反鐵磁層的奈爾溫度降到低于反鐵磁層的奈爾溫度，外加磁場需要足夠大，使得鐵磁層的磁化強度能夠沿法線方向飽和磁化。
沉積多層膜之前，在玻璃或硅等襯底上還可以先沉積一層厚度為1--99納米的緩沖層。該緩沖層材料可以是各種材料，只要使得反鐵磁層能夠?qū)崿F(xiàn)交換偏置。
本發(fā)明中，鐵磁層可以是Fe、Co、Ni、稀土金屬及其合金，反鐵磁層可以是各種能夠存在交換偏置的反鐵磁材料；緩沖層材料可以是Cu、Ta、Cr等，緩沖層的選擇主要依反磁層材料而定。真空鍍膜方法可以是通常的磁控濺射方法等。
本發(fā)明利用鐵磁/反鐵磁多層膜的垂直交換偏置，使得原本的面內(nèi)膜變成了垂直膜，它適合所有鐵磁/反鐵磁體系，適用所有的鐵磁性材料，具有非常大的選擇性，將可以彌補以往方法上的不足和缺陷，因此這一發(fā)明有了本質(zhì)的區(qū)別和質(zhì)的飛躍。這將對高密度垂直磁記錄及磁光存儲等信息存儲領(lǐng)域具有重大的潛在應用價值。
圖2、描述了[Fe19Ni81(2.0nm)/CoO(4.0nm)]40多層膜經(jīng)過磁場冷卻后矯頑力隨著溫度的變化而變化。
圖3、描述了[Fe19Ni81(2.0nm)/Fe50Mn50(4.0nm)]40多層膜經(jīng)過磁場冷卻后在不同溫度下的磁滯回線。
實施例1，F(xiàn)e19Ni81/CoO多層膜磁鐵層采用Fe、Ni合金Fe19Ni81，反磁鐵層采用CoO材料，緩沖層材料采用Cu，襯底材料采用Si片，抗氧化層采用Cu材料，用計算機控制的多功能磁控濺射設(shè)備制備Fe19Ni81/CoO，其中Fe19Ni81層厚度為2.0nm，CoO層厚度為4.0nm，周期數(shù)為40，緩沖層厚度為30.0nm。樣品的具體結(jié)構(gòu)為Si/Cu(30nm)/[Fe19Ni81/CoO]40/Fe19Ni81/Cu(30.0nm)。將多層膜樣品放在外場中，溫度從室溫降到低溫進行場冷，其中外場的大小為790kA/m，方向平行于膜面的法線方向。用超導量子干涉器(SQUID)測量垂直于膜面的磁滯回線。如圖(1)所示，室溫時樣品垂直方向的磁滯回線非常斜，剩磁比為零。這表明在室溫時樣品為面內(nèi)膜。在低溫時，垂直方向的磁滯回線發(fā)生了很大變化，磁滯回線的剩磁比和矯頑力均不斷地增加。這表明多層膜的垂直各向異性能不斷地增加，非常接近垂直膜。圖(2)給出了Fe19Ni81(2.0nm)/CoO(4.0nm)多層膜在不同溫度下垂直方向的矯頑力隨著溫度的降低而增加。這說明在Fe19Ni81(2.0nm)/CoO(4.0nm)多層膜中垂直方向的磁場冷卻導致了垂直各向異性。
實施例2，F(xiàn)e19Ni81(2.0nm)/Fe50Mn50(3.0nm)多層膜磁鐵層材料采用Fe、Ni合金Fe19Ni81，反磁鐵層材料采用Fe、Mn合金Fe50Mn50，緩沖層采用Cu，襯底采用Si片，抗氧化層采用Cu。用計算機控制的多功能磁控濺射設(shè)備制備Fe19Ni81/Fe50Mn50多層膜，其中Fe19Ni81層厚度為2.0nm，F(xiàn)eMn層厚度為4.0nm，周期數(shù)為40，緩沖層厚度為30.0nm。樣品的具體結(jié)構(gòu)為Si/Cu(30nm)/[Fe19Ni81/Fe50Mn50]40/Fe19Ni81(2.0nm)/Cu(30.0nm)。將Fe19Ni81/Fe50Mn50多層膜樣品放在外場中溫度從室溫降到低溫進行場冷，外場的大小為790kA/m，方向平行于膜面的法線方向。用超導量子干涉器(SQUID)測量垂直于膜面的磁滯回線。圖(3)分別給出Fe19Ni81(2.0nm)/Fe50Mn50(3.0nm)多層膜在不同溫度下垂直方向的磁滯回線。垂直方向的剩磁比和矯頑力隨溫度的降低而增強。這說明在Fe19Ni81(2.0nm)/Fe50Mn50(4.0nm)多層膜中垂直方向的磁場冷卻導致了垂直各向異性。說明垂直各向異性來源于垂直交換偏置。
權(quán)利要求
1.一種在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于利用鐵磁/反鐵磁多層膜中的垂直交換偏置實現(xiàn)垂直各向異性，具體步驟如下在玻璃或硅的襯底上，用真空鍍膜方法交替沉積鐵磁/反鐵磁層構(gòu)成調(diào)制結(jié)構(gòu)多層膜，膜層的周期數(shù)為5-100，鐵磁層的厚度為0.1--10納米，反鐵磁層厚度為1-99納米；再在多層膜上覆蓋一層抗氧化層；然后對多層膜樣品進行磁場冷卻，其中外磁場的方向平行于膜面的法線方向，從高于反鐵磁層的奈爾溫度降到低于反鐵磁層的奈爾溫度，外加磁場需使得鐵磁層的磁化強度能夠沿法線方向飽和磁化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于在沉積多層膜之前，在襯底上先沉積一層厚度為1-99納米的緩沖層，緩沖層采用能使得反磁鐵層實現(xiàn)交換偏置的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于所述的磁鐵層為Fe、Co、Ni、稀土金屬及其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于所述的反磁鐵層為能夠存在交換偏置的反磁鐵材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于緩沖層采用使反磁鐵層能夠?qū)崿F(xiàn)交換偏置的材料，具體為Cu、Au、Ag、Ta及Cr之一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在磁性多層膜中實現(xiàn)垂直各向異性的方法，其特征在于抗氧化層采用Cu、SiO2、Au、Ta之一種。
全文摘要
本發(fā)明是一種用鐵磁/反鐵磁多層膜中垂直交換偏置產(chǎn)生垂直各向異性的新方法。首先用真空鍍膜設(shè)備在襯底上制備緩沖層,然后在緩沖層上制備鐵磁/反鐵磁多層膜,最后在多層膜上覆蓋一層保護層。完成制備后,在外磁場中將多層膜樣品從高于反鐵磁層的奈爾溫度冷卻到低溫,其中外磁場的方向平行于膜面的法線方向,而且足夠大使得鐵磁層能夠在垂直方向飽和磁化。用鐵磁/反鐵磁多層膜中的垂直交換偏置產(chǎn)生垂直各向異性,這對高密度垂直磁記錄及磁光存儲等信息技術(shù)領(lǐng)域具有重大的應用價值。
文檔編號H01F1/032GK1385865SQ0211117
公開日2002年12月18日 申請日期2002年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者周仕明, 袁淑娟, 王磊 申請人:復旦大學