專利名稱：：一種用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料的磁致電阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料磁致電阻的方法，即用高能重離子輻照提高、調(diào)制以Fe304納米多晶薄膜為代表的半金屬性薄膜材料磁致電阻的方法。
背景技術(shù)：
：磁致電阻(MR)的定義為MR=Ap/p=[p(0)-p(H)]/P(0)，它代表在有外加磁場H和沒有外加磁場的情況下材料電阻的變化率。通常來說，磁電阻效應(yīng)可以分為本征磁電阻效應(yīng)和非本征磁電阻效應(yīng)兩大類，與本發(fā)明相關(guān)的是受微觀尺度影響的非本征磁電阻效應(yīng)，表現(xiàn)出負(fù)磁致電阻的特性。電子作為電荷的載體能夠傳導(dǎo)電流，它的這一性質(zhì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用；但同時(shí)，人們又往往忽略電子同時(shí)還具有量子數(shù)為1/2的自旋，其自旋磁矩為Pe的性質(zhì)。直到二十世紀(jì)八十年代以前，人們對電子自旋性質(zhì)的應(yīng)用還是零。1988年，德國優(yōu)利希研究中心Grunberg教授和法國巴黎大學(xué)物理系Fert教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)由鐵磁金屬/非磁性金屬/鐵磁金屬(FM-I-FM)構(gòu)成的多層納米薄膜(如Fe/Cr多層膜等)，在有外加磁場和無外加磁場下電阻率的變化，在室溫下可達(dá)11.3%，在低溫(4.2K)下可以達(dá)到42.7%(見文獻(xiàn)1:M.N.Baibich，J.M.Broto，A.Fert，etal，Phys.Rev.Lett.，61,2472(1988))。因?yàn)槠浯烹娮柚稻薮?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般鐵磁金屬1%_3%的磁電阻變化，故稱為巨磁電阻(GMR)。這是人們第一次對電子自旋特性的利用，隨著對GMR效應(yīng)的深入研究，各種GMR材料被用于制作各向異性磁電阻器件和更為靈敏、信噪比大為改善的磁致電阻(MR)器件，如各種MR羅盤、磁性傳感器、錄像帶、MR讀寫磁頭、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)及其它存儲(chǔ)介質(zhì)等。當(dāng)然，GMR效應(yīng)最受關(guān)注且應(yīng)用最為廣泛、直觀的是高密度磁記錄用MR讀寫磁頭。在多層膜GMR效應(yīng)研究的啟發(fā)和促進(jìn)下，又在"鐵磁/非磁金屬"顆粒膜中同樣發(fā)現(xiàn)了GMR效應(yīng)。顆粒膜GMR效應(yīng)的物理機(jī)制與多層膜相同，都是來自于與局域磁矩的構(gòu)形有關(guān)的傳導(dǎo)電子自旋相關(guān)的散射。與多層膜中的GMR效應(yīng)類似，通過兩個(gè)鐵磁金屬薄膜之間(如Fe，Co，Ni，或FeNi)的金屬氧化物勢壘(如A1203)的自旋極化隧穿過程也可以產(chǎn)生GMR效應(yīng)。這種非均勻磁系統(tǒng)，即鐵磁金屬/絕緣體/鐵磁金屬(FM-I-FM)三明治結(jié)構(gòu)通常被稱為"磁隧道結(jié)(magnetictunneljunctions，MTJs)"。1995年Miyazaki等人在Fe/Al203/Fe隧道結(jié)中發(fā)現(xiàn)其磁致電阻值在室溫下可達(dá)18%的改變(見文獻(xiàn)2:T.Miyazaki，N.Tezuka，J.Magn.Magn.Mater.，139，L231(1995))。這種基于兩鐵磁層間自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)產(chǎn)生的磁致電阻被稱作隧道型巨磁電阻(TunnelingMR-TMR)效應(yīng)。盡管早在1975年Julliere用Co/Cr/Fe隧道結(jié)在4.2K下觀察到了接近14%的TMR的變化，隨后的研究也在幾種別的FM/I/FM隧道結(jié)中發(fā)現(xiàn)了類似效應(yīng)，但是隧道結(jié)中大的和可重復(fù)的TMR值在最近才被發(fā)現(xiàn)。繼在三明治結(jié)構(gòu)磁隧道結(jié)系統(tǒng)之后，人們又在Fe304多晶顆粒膜、Cr02顆粒膜、LaxSivxMn03多層膜和多晶LaxSivxMn03，Tl2Mn207，Sr2FeMo06等隧道型納米結(jié)構(gòu)體系中發(fā)現(xiàn)了大的TMR效應(yīng)。為了觀察到顯著的TMR效應(yīng)，材料的隧道型結(jié)構(gòu)(MTJs)應(yīng)滿足下列條件(1)鐵磁層的自旋極化率要大。(2)氧化物勢壘足夠高，使電子以隧穿形式輸運(yùn)。(3)在外磁場下，兩個(gè)鐵磁層的磁化強(qiáng)度可任意平行或反平行排列。按照J(rèn)ulli6re模型，TMR=p7(l+p2)，這里P是隧穿電子的自旋極化率(見文獻(xiàn)3:M.Julluere，Phys.Lett.，54:A，225(1975))?？梢钥闯?，TMR與輸運(yùn)電子的自旋極化率和晶粒絕緣邊界、表面應(yīng)力共同作用導(dǎo)致的勢壘層、勢壘界面密切相關(guān)。半金屬性指材料具有兩個(gè)不同的自旋子能帶，一種自旋取向的電子的能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)金屬性，而另一自旋取向的電子的能帶呈現(xiàn)絕緣體或半導(dǎo)體性質(zhì)，即能隙恰好在一個(gè)自旋方向的子能帶中打開，金屬性與絕緣性共存的性質(zhì)。半金屬材料是以電子的上述兩種自旋行為(即金屬性和非金屬性)為特征的新型功能材料，通常他們都具有高自旋極化率的特性。計(jì)算與實(shí)驗(yàn)均表明，F(xiàn)e304、Cr02、CoS2、Sr2FeMo06、CuV2S4、Tl2Mn207、LaxSivxMn03等材料，它們的能帶結(jié)構(gòu)都是介于金屬和絕緣體之間，為典型的半金屬材料(如文獻(xiàn)4:deGrootR.A.，MullerF.M.，etal，Phys.Rev.Lett.，50，2024(1983)禾口文獻(xiàn)5:Z.Zhang，S.Satpathy，Phys.Rev.B，44，13319(1991)所介紹)。Fe304就是一種具有半金屬性和高自旋極化率(理論上為100%)特性的物質(zhì)，按理論推導(dǎo)，它應(yīng)該具有顯著的TMR效應(yīng)?？墒菍?shí)際上，人們發(fā)現(xiàn)Fe304的單晶和外延薄膜只在Verwey轉(zhuǎn)變溫度(Fe304由導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體的溫度，一般在120K)附近及以下表現(xiàn)出較大的負(fù)MR效應(yīng)(見文獻(xiàn)6:V.V.Gridin，G.R.Hearne，andJ.M.Honig，Phys.Rev.B，53，15518(1996)和文獻(xiàn)7:G.Q.Gong，A.Gupta，G.Xiao，W.Qian，andV.P.Dravid，Phys.Rev.B，56，5096(1997))。而Fe304的多晶薄膜和粉末燒結(jié)體，由于自旋極化電子在晶體顆粒間的輸運(yùn)，在室溫下就可以表現(xiàn)出一定的負(fù)MR效應(yīng)(見文獻(xiàn)8:X.W.Li，A.Gupta，G.Xiao，andG.Q.Gong，J.Appl.Phys.83，7049(1998)和文獻(xiàn)9:J.M.D.Coey，A.E.Berkowitz，L.Balcells,F.F.Putris，andF.T.Parker,A卯l.Phys.Lett.72，734(1998))。但在上述Fe304體系中，材料的室溫磁致電阻MR值在1T磁場下的改變約為_2%_4%，其隧穿磁電阻值一般比較低，遠(yuǎn)不如理論預(yù)計(jì)的值高。MR值中的負(fù)號(hào)表示負(fù)磁致電阻，它表示Fe304多晶薄膜的磁電阻是來源于非本征的隧道結(jié)(金屬-絕緣體顆粒薄膜系統(tǒng))的隧穿型磁電阻(見文獻(xiàn)l禾卩文獻(xiàn)10:J.Z.Sun，W.J.Gallagher,P.R.Duncombe，etal.，Appl.Phys.Lett.，69,3266(1996)以及文獻(xiàn)11:S.Sankar，A.E.Berkowitz，D.J.Smith,Appl.Phys.Lett.，73，535(1998))。以Fe304薄膜為代表的半金屬性納米薄膜材料，都具有較高的居里溫度、高自旋極化率和良好的軟磁性能等特征，作為比較典型的MR材料和潛在的自旋電子學(xué)器件中的自旋電子注入源，應(yīng)用將非常廣泛。如何提高和改善這類材料的性能，特別是增大它的磁致電阻是目前凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)和自旋電子學(xué)等諸多領(lǐng)域的科學(xué)家攻關(guān)的熱門和前沿課題之一。目前，離子代換和采用復(fù)合結(jié)構(gòu)是最常用的優(yōu)化改性方法(見文獻(xiàn)12:P.Chen，D.Y.Xing，Y.W.Du，etal.，Phys.Rev.Lett.，87，107202(2001))，但摻雜、離子代換和材料復(fù)合都顯著降低了材料的居里溫度，不利于實(shí)際應(yīng)用。因?yàn)樵诰永餃囟纫陨希F磁性材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，MR效應(yīng)也將隨之消失，所以若能使以FeA薄膜為代表的半金屬性納米薄膜保持較高居里溫度的同時(shí)獲得比較大的MR效應(yīng)，將大大有利于擴(kuò)展MR效應(yīng)的應(yīng)用溫度范圍，具有非常高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近些年來，大型離子加速器和激光脈沖設(shè)備的相繼建成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的材料制備與改性，特別是對粒子輻照改性的研究創(chuàng)造了前所未有的有利條件。荷能粒子與物質(zhì)相互作用能夠?qū)е挛镔|(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)發(fā)生變化的事實(shí)早已得到公認(rèn)。例如，電子束輻照加工技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛地應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展成為了一門專門的技術(shù)。通過我們的研究發(fā)現(xiàn)，高能重離子輻照以Fe304薄膜為代表的半金屬性納米薄膜，能夠引起材料的磁化強(qiáng)度、矯頑力、磁晶各向異性、磁致電阻等磁學(xué)、電學(xué)性能的明顯變化，能夠顯著增加半金屬性納米薄膜材料的晶粒絕緣邊界、減小表面應(yīng)力，可以保證獲得高質(zhì)量的勢壘層及勢壘界面，使得其室溫磁致電阻明顯提高；利用重離子輻照提高了半金屬性薄膜材料的磁致電阻的同時(shí)，材料的居里溫度則幾乎不受影響。另外，研究還表明，通過改變重離子輻照參數(shù)和薄膜的厚度，可以有效地對輻照改性的效果(磁致電阻的提高幅度)進(jìn)行控制，可以達(dá)到人為調(diào)制半金屬性納米薄膜材料的室溫磁致電阻的目的。
發(fā)明內(nèi)容鑒于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料的磁致電阻的方法。通過高能重離子輻照，使得半金屬性薄膜材料具有較好的晶粒絕緣邊界、較小的表面應(yīng)力和高質(zhì)量的勢壘層及勢壘界面，進(jìn)而來提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料在室溫下的磁致電阻。本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料磁致電阻的方法，采取的具體措施是(1)半金屬性薄膜的膜厚控制在100納米到10微米之間；(2)輻照重離子的種類A、A為選自原子序數(shù)10到92號(hào)元素中的一種，q+為經(jīng)加速器剝離過的電荷態(tài)數(shù)目，為1《q《A的原子序數(shù)；(3)輻照重離子的能量范圍在100keV到10GeV之間；(4)輻照重離子的輻照量范圍為1(Tions/cm2到1017ions/cm2。本發(fā)明的技術(shù)方案是基于下述認(rèn)識(shí)而設(shè)計(jì)i.以半金屬性的？6304多晶薄膜材料為例，通常認(rèn)為？6304塊體材料是一種比較典型的抗輻照材料，荷能重離子輻照對其磁特性幾乎沒有影響，更不能提高Fe304塊體材料的室溫磁致電阻值。但是我們的研究表明經(jīng)過重離子輻照，厚度只有微、納量級(jí)的？6304多晶薄膜的磁學(xué)特性和室溫下的磁致電阻均變化明顯，并且磁致電阻的改變幅度與Fe304納米多晶薄膜的膜厚直接相關(guān)。本發(fā)明對半金屬性？6304多晶薄膜的膜厚嚴(yán)格控制，F(xiàn)e^4多晶薄膜厚度范圍在100nm到10iim微米之間，最好在7001000nm之間，以保證得到充足的測試信號(hào)。例如，如表1中13，通過蘭州重離子加速器國家實(shí)驗(yàn)室提供的能量為2.03GeVKr26+的重離子輻照之后，不同厚度？6304多晶薄膜的磁致電阻均發(fā)生了較為明顯的提高，厚度越薄的樣品，其磁致電阻的變化越明顯，其室溫下的磁致電阻MR值越大。ii.在輻照重離子能量相同的情況下，原子序數(shù)越大、質(zhì)量越重、電荷態(tài)越高的重離子對于Fe304多晶納米薄膜造成的損傷越大，由輻照所導(dǎo)致的磁學(xué)特性和薄膜室溫磁致電阻的變化相應(yīng)的也越大。例如，如表1中115，分別經(jīng)過Kr26+、XeM+、Bi^+等不同種類的重離子輻照之后，厚度為1Pm的半金屬性Fe304多晶納米薄膜的磁致電阻均發(fā)生了較為5明顯的提高，且增大幅度不同。iii.離子能量能夠極大的影響和制約半金屬性？6304多晶納米薄膜的磁特性。對于高能重離子輻照來說，離子能量主要通過電子能損與核能損兩種方式沉積在靶物質(zhì)中。對電阻率較大的？6304多晶納米薄膜材料，輻照后，薄膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化(缺陷、形變及一定的無序等)，這種結(jié)構(gòu)變化與重離子在靶中單位路徑上的能量沉積有關(guān)。當(dāng)高能重離子的電子能損[-dE/d幻e大于某一閾值時(shí)，就會(huì)在材料中產(chǎn)生潛徑跡(對于不同的材料，具有不同的[-dE/d幻e閾值)。因此，不同能量的入射離子將引起薄膜樣品不同的微結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而使得材料表現(xiàn)出不同的磁學(xué)特性和磁致電阻。不同種類的重離子，使用本發(fā)明方法來改變材料的磁學(xué)特性和磁致電阻時(shí)所采用的能量范圍不同(100keV-10GeV)。例如，如表1中的513，通過能量分別為2.0MeV、5.0MeV、94.0MeV和2.03GeV的Xe24+、Kr26+等重離子相同劑量的輻照后，半金屬性Fe304多晶納米薄膜的磁致電阻MR較輻照前都有了較為顯著的提高，但增大幅度卻明顯不同。iv.在輻照離子種類和能量相同的情況下，輻照劑量極大的影響著半金屬性Fe304多晶納米薄膜的磁特性。不同的輻照劑量在薄膜中產(chǎn)生不同的缺陷和應(yīng)力，由此導(dǎo)致材料的磁性和電性也會(huì)有著不同的宏觀表現(xiàn)。圖1為lPm厚的FeA多晶納米薄膜經(jīng)能量為2.03GeV的Kr26+輻照后的磁特性參數(shù)(飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力)與輻照劑量的關(guān)系圖。顯然，輻照劑量能夠影響和制約材料的磁特性飽和磁化強(qiáng)度隨著輻照劑量的增加呈現(xiàn)出一種先減小，后增大，最后基本恢復(fù)的變化過程；而矯頑力隨著輻照劑量的增加則表現(xiàn)出了先增大，后減小，最后也基本恢復(fù)到未輻照時(shí)的數(shù)值的變化過程。材料的磁致電阻特性，其實(shí)質(zhì)是磁學(xué)特性和電學(xué)特性的綜合體現(xiàn)，因此它也與輻照劑量明顯相關(guān)。對于？6304多晶納米薄膜，它的磁致電阻隨著2.03GeV的Kr26+離子輻照劑量的增加表現(xiàn)出了先增大，后減小的變化過程。使用本發(fā)明方法來改變半金屬性薄膜材料的磁學(xué)特性和磁致電阻所采用的輻照量范圍從1(Tions/cm2到1017ions/cm2。例如，如表1中36，對于能量為2.03GeV的Kr26+離子輻照厚度為lym的Fe304多晶納米薄膜的試驗(yàn)，輻照量為lX10"ions/cn^時(shí)的薄膜其磁特性變化最大(見圖1，此時(shí)飽和磁化強(qiáng)度最小、矯頑力則最大)，并且其室溫磁致電阻的變化也達(dá)到最大，從輻照前的_5.1%增大到了輻照后的-6.7%(見圖2)。v.輻照前FeA多晶薄膜的磁矩排列是各向同性的，表現(xiàn)出隨機(jī)排列的特征，而經(jīng)過高能重離子輻照的磁矩排列則明顯有序化，微觀磁矩同薄膜平面的平均夾角明顯減小。圖3為厚度1iim的半金屬性？6304納米多晶薄膜經(jīng)能量為2.03GeV、劑量為1.0X1012ionS/cm2的&26+輻照前后的背散射穆斯堡爾譜。顯然，輻照后譜圖的2、5峰和1、6峰的比值增大(它們的比值是微觀磁矩排列的直觀反映)，通過擬合，F(xiàn)^04納米多晶薄膜的微觀磁矩與薄膜平面的平均夾角從輻照前的56。減小到了輻照后的19。，即輻照使得Fe304多晶薄膜的微觀磁矩更加傾向于沿著薄膜平面排列、更加有序化。磁矩排列的變化強(qiáng)烈影響著材料的電子隧穿機(jī)制，它的宏觀表現(xiàn)就是材料的磁致電阻發(fā)生了明顯的改變。例如，如表1中115，通過重離子輻照，F(xiàn)e304多晶納米薄膜的磁矩與薄膜平面的平均夾角明顯減小，有序化特征顯著，相對應(yīng)，其室溫下的磁致電阻也提高明顯。vi.Fe304多晶薄膜與其它半金屬性的薄膜材料，如Cr02、CoS2、Sr2FeMo06、CuV2S4、Tl2Mn207、La。.7Ca。.3Mn03、LSr卜xMn03，都是能隙恰好在一個(gè)自旋方向的子能帶中打開，金屬性與絕緣性共存的半金屬材料；都具有高自旋極化率(接近于100%)特性；都具有較高的6居里溫度(一般都大于600K);都具有良好的軟磁性能；都是具有比較典型的磁致電阻效應(yīng)(MR)的材料。表1:重離子輻照提高、調(diào)制Fe304多晶薄膜磁致電阻和其微觀磁矩排列變化一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、利用重離子輻照方法，半金屬性薄膜材料的磁學(xué)特性和室溫磁致電阻均變化明顯，通過控制輻照重離子的種類、能量、輻照量和薄膜厚度可以有效地提高以？6304納米多晶薄膜為代表的半金屬性薄膜材料的室溫磁致電阻，并達(dá)到人為調(diào)制的目的。2、相比現(xiàn)有的離子摻雜、代換和采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的常規(guī)改性磁致電阻方法，本發(fā)明方法在可以改性、調(diào)制以Fe304納米多晶薄膜為代表的半金屬性薄膜材料的磁學(xué)特性和室溫磁致電阻的同時(shí)，不會(huì)明顯降低材料的居里溫度，有利于實(shí)際應(yīng)用。3、相比現(xiàn)有的離子摻雜、代換和采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的常規(guī)改性磁致電阻方法，本發(fā)明方法只需要對樣品進(jìn)行重離子輻照即可，對于材料樣品本身不需要做任何處理，具有簡便、易操作的特點(diǎn)；對于原制樣設(shè)備和工藝都不需要做任何改動(dòng)，有利于資源節(jié)約，在原生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上即可實(shí)現(xiàn)快速、低成本的升級(jí)和高磁致電阻的半金屬性薄膜材料大規(guī)模生產(chǎn)。圖1.1iim厚的半金屬性Fe304納米多晶薄膜經(jīng)能量為2.03GeV的Kr26+輻照后的磁特性參數(shù)(飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力)與輻照劑量的關(guān)系圖。圖2.lym厚的半金屬性FeA納米多晶薄膜經(jīng)能量為2.03GeV、輻照量為1.OX1012ionS/cm2的Kr26+輻照前后的室溫下的磁致電阻MR。圖3.lym厚的半金屬性FeA納米多晶薄膜經(jīng)能量為2.03GeV、輻照量為1.OX1012ions/cm2的Kr26+輻照前后的背散射穆斯堡爾譜。具體實(shí)施方式實(shí)施例本實(shí)施例以半金屬性Fe304納米多晶薄膜為例，來說明用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料的室溫下磁致電阻的變化。i.半金屬性？6304納米多晶薄膜的制備是通過采用旋轉(zhuǎn)噴涂、化學(xué)鍍的方式，在玻璃基片上制備出正分的Fe304納米多晶薄膜。具體的方法是將FeCl2(0.Olmol/L)溶于去離子水制成反應(yīng)液，將0.005mol/L的NaN02和0.lmol/L的CH3C00NH4(pH緩沖劑)溶于去離子水制成氧化液，調(diào)節(jié)兩種反應(yīng)溶液的pH值分別為5.5和6.9，將反應(yīng)液和氧化液利用氮?dú)庾?，并通過二個(gè)特制噴嘴在一密閉容器中同時(shí)向高速旋轉(zhuǎn)的玻璃基片進(jìn)行反應(yīng)、噴涂，期間保持基片的反應(yīng)溫度為90°C，待反應(yīng)完畢后，取出附著Fe^多晶薄膜的基片清洗吹干即可。Fe3(^薄膜樣品的成份經(jīng)由X射線衍射儀(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)確定，通過掃描隧道顯微鏡(SEM)來觀測和確定薄膜厚度。通過以上試驗(yàn)，選擇厚度為0.71m的正分Fe^4多晶納米薄膜樣品，通過蘭州重離子加速器國家實(shí)驗(yàn)室提供的多種類、多能量、多劑量的重離子進(jìn)行輻照，具體采用重離子束垂直于薄膜平面入射加掃描輔助的輻照方式進(jìn)行。其具體輻照條件與性能列于表1。ii.用重離子輻照來提高、調(diào)制半金屬性Fe304納米多晶薄膜的磁致電阻措施(1)半金屬性Fe304納米多晶薄膜的膜厚為0.7ym;(2)輻照重離子的種類為Kr26+;(3)輻照重離子的能量為2.03GeV;(4)重離子的輻照量為5.OX10"ions/cm2。iii.重離子輻照前后，半金屬性Fe304納米多晶薄膜的磁致電阻的變化通過上述輻照措施，半金屬性Fe304納米多晶薄膜的室溫磁致電阻值MR由_5.1%增大到_5.5%，負(fù)號(hào)表示半金屬性Fe304納米多晶薄膜的磁致電阻屬于非本征磁電阻。iv.重離子輻照前后，半金屬性Fe304納米多晶薄膜的微觀磁矩排列(磁矩同薄膜平面的平均夾角)變化通過上述輻照措施，半金屬性？6304納米多晶薄膜的微觀磁矩同薄膜平面的平均夾角由56°減小至40°。由表1可以看出，通過改變？6304納米多晶薄膜厚度、輻照重離子種類、重離子能量和重離子輻照量等參數(shù)進(jìn)行輻照，能夠明顯的改變半金屬性Fe304納米多晶薄膜的微觀磁矩排列，有效的提高其薄膜材料的磁致電阻并能施以人為調(diào)制。通過本發(fā)明提供的高能重離子輻照方法，能夠顯著增加半金屬性Fe304多晶薄膜的晶粒絕緣邊界、能夠減小材料的表面應(yīng)力、可以保證獲得高質(zhì)量的勢壘層及勢壘界面，充分體現(xiàn)出Fe304多晶薄膜的半金屬特性，從而使得其隧穿磁電阻值明顯增大。經(jīng)高能重離子輻照的半金屬性薄膜材料，其磁致電阻特性得以提高，而磁學(xué)特性也變化明顯，尋求其中的必然規(guī)律，積極開拓應(yīng)用方向，使得采用這種經(jīng)高能重離子輻照的半金屬性薄膜材料的器件的性能得以顯著提高，具有廣闊的應(yīng)用前景。權(quán)利要求一種用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料的磁致電阻的方法，采取的措施是(1)半金屬性薄膜的膜厚控制在100納米到10微米之間；(2)輻照重離子的種類Aq+，A為選自原子序數(shù)10到92號(hào)元素中的一種，q+為經(jīng)加速器剝離過的電荷態(tài)數(shù)目，為1≤q≤A的原子序數(shù)；(3)輻照重離子的能量范圍在100keV到10GeV之間；(4)輻照重離子的輻照量范圍為1010ions/cm2到1017ions/cm2。2.如權(quán)利要求1所述的一種用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料的磁致電阻的方法，其特征在于上述半金屬性薄膜材料為Fe304、Cr02、CoS2、Sr2FeMo06、CuV2S4、Tl2Mn207和La。.7Ca。.3Mn03、LaxSivxMn03。全文摘要本發(fā)明涉及一種用高能重離子輻照提高、調(diào)制半金屬性薄膜材料磁致電阻的方法，其措施是(1)半金屬性薄膜的膜厚控制在100納米到10微米之間；(2)輻照重離子的種類為Aq+，A為選自原子序數(shù)10到92號(hào)元素中的一種，q+為經(jīng)加速器剝離過的電荷態(tài)數(shù)目，為1≤q≤A的原子序數(shù)；(3)輻照重離子的能量范圍在100keV到10GeV之間；(4)輻照重離子的輻照量范圍為1010ions/cm2到1017ions/cm2。通過本發(fā)明方法，能夠顯著增加以Fe3O4納米多晶薄膜為代表的半金屬性薄膜材料的晶粒絕緣邊界、減小表面應(yīng)力，可以獲得高質(zhì)量的勢壘層及勢壘界面，使得其室溫磁致電阻明顯提高并能被施以人為調(diào)制。文檔編號(hào)H01L43/12GK101740715SQ200910117708公開日2010年6月16日申請日期2009年12月4日優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日發(fā)明者姚存峰,孫建榮,王志光,王瑜玉,申鐵龍,緱潔,臧航,金運(yùn)范,魏孔芳申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所