一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于磁存儲(chǔ)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。本發(fā)明通過對(duì)Ta/Cu底層進(jìn)行不同溫度下的在位加熱處理，研制出具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3-8/Ta多層膜結(jié)構(gòu)，并且具有較強(qiáng)的垂直各向異性。再結(jié)合后續(xù)退火處理，可進(jìn)一步提高多層膜的垂直矯頑力。本發(fā)明的有益效果在于：其方法簡單，可有效提高基于較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力，進(jìn)而用于高性能的自旋電子器件的研究。
【專利說明】一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁存儲(chǔ)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以[Co/ Ni]多層膜作為磁性層的垂直磁化巨磁電阻(GMR)結(jié)構(gòu)，除具有熱穩(wěn)定性好、翻轉(zhuǎn)可靠、臨界翻轉(zhuǎn)電流低和無單元尺寸形狀限制等優(yōu)點(diǎn)之外，還具有自旋極化率高和阻尼系數(shù)低等特點(diǎn)，因而在高密度自旋轉(zhuǎn)矩型磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(STT-MRAM)方面具有極大應(yīng)用前景。理論計(jì)算表明，Co、Ni厚度在一定范圍，且厚度比為1:2時(shí)，[Co/ Ni]多層膜具有垂直各向異性。MRAM的核心存儲(chǔ)單元是兩個(gè)磁性層中間夾一個(gè)非磁性層的三明治結(jié)構(gòu)。為了獲得高的巨磁電阻信號(hào)和低的臨界翻轉(zhuǎn)電流，自由層的矯頑力要盡量小，而參考層的則要盡量高。因此提高參考層多層膜的垂直矯頑力對(duì)實(shí)際應(yīng)用有重要的意義。使用后退火的方法可以提高多層膜的垂直矯頑力，但是，隨著退火溫度的升高，[Co/ Ni]多層膜磁性原子間的相互擴(kuò)散也變得劇烈，最終使得其失去垂直各向異性，限制了矯頑力的進(jìn)一步提高。此外，垂直矯頑力與種子層的厚度及晶格取向有很大關(guān)系，因此，在濺射[Co/ Ni]多層膜之前，需要事先生長一層有強(qiáng)(111)取向的種子層，如Au、Cu等。大量的實(shí)驗(yàn)表明，在一定范圍內(nèi)，[Co/ Ni]多層膜的垂直矯頑力與種子層的厚度成正比，即在一定范圍內(nèi)種子層越厚，垂直矯頑力越大，直至飽和。但太厚的種子層會(huì)對(duì)流入多層膜的電流分流，造成臨界翻轉(zhuǎn)電流的增大和巨磁電阻信號(hào)的降低，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，在較薄種子層的前提下，探求提高多層膜矯頑力的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，對(duì)研發(fā)高性能的自旋電子器件至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法。其方法簡單，可有效提高基于較薄種子層的磁性多層膜的垂直矯頑力，進(jìn)而用于高性能的自旋電子器件的研究。
[0004]本發(fā)明運(yùn)用在位熱處理的方法提高磁性多層膜的垂直矯頑力(Hz)本發(fā)明首
次對(duì)種子層進(jìn)行在位預(yù)退火處理，并對(duì)整個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行后退火處理，最終研制出具有高垂直矯頑力的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明提供的一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法，具體步驟如下:
(1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩沖層和種子層；
(2)鍍好種子層后，進(jìn)行熱退火處理；熱處理溫度為300-550°C；
(3 )待溫度緩慢冷卻至室溫后，再濺射磁性層及保護(hù)層；得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
[0006]上述步驟(3)后，進(jìn)一步還包括步驟(4)，其對(duì)得到的整個(gè)多層膜進(jìn)行后退火處理，具體條件為:真空下，熱處理溫度為200-250°C，其間沿垂直于膜面方向施加恒定磁場。[0007]上述步驟(2)、步驟(4)中進(jìn)行退火處理時(shí)，升溫速率為8-10°C /min;恒溫20min_60mino
[0008]上述襯底為玻璃襯底，所述緩沖層為Ta單層膜，種子層為Cu層，磁性層為
具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu)，其中Co層在下，Ni層在上，N取值范圍為3-8 ;保護(hù)層為Ta層，得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結(jié)構(gòu)。
[0009]上述緩沖Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為2.0nm; Co層為0.28-0.35nm ; Ni層厚度為Co層的1.8-2倍，N為4或者6 ;保護(hù)Ta層厚度為5nm。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:其方法簡單，其基于較薄的種子層，得到高的垂直矯頑力。發(fā)明中對(duì)底層進(jìn)行在位熱處理后，垂直翻轉(zhuǎn)場(矯頑力Hc_)從139 Oe提高到318 Oe0
對(duì)整個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行后火處理，提高了 4倍,高達(dá)620 Oe0同時(shí)，其單軸各
向異性常數(shù)治/最高可達(dá)
【權(quán)利要求】
1.一種有效增強(qiáng)磁性多層膜垂直矯頑力的方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)在襯底上通過磁控濺射法依次鍍緩沖層和種子層； (2)鍍好種子層后，進(jìn)行熱退火處理；熱退火處理溫度為300-550°C； (3)待溫度緩慢冷卻至室溫后，再依次通過磁控濺射法鍍磁性層及保護(hù)層，得到具有高垂直矯頑力的磁性多層膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)后，還包括步驟(4)，其對(duì)得到的整個(gè)多層膜進(jìn)行后退火處理，具體條件為:真空下，后退火處理溫度為200-250°C，其間沿垂直于膜面方向施加恒定磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:步驟(2)、步驟(4)中進(jìn)行退火處理時(shí)，升溫速率為8-10°C /min ;恒溫20min_60min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述襯底為玻璃襯底，所述緩沖層為Ta單層膜，種子層為Cu層，磁性層為具有垂直磁各向異性的[Co/Ni]N多層膜結(jié)構(gòu)，其中Co層在下，Ni層在上，N取值范圍為3-8 ;保護(hù)層為Ta層，得到具有高垂直矯頑力的Ta/Cu/[Co/Ni]3_8/Ta多層膜結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:緩沖Ta層厚度為3.0nm; Cu層厚度為.2.0nm ；Co層為0.28-0.35nm ；Ni層厚度為Co層的1.8-2倍，N為4 ;保護(hù)Ta層，厚度為5nm。
【文檔編號(hào)】H01L43/12GK103682087SQ201310734074
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張宗芝, 吳迪, 陳紹海, 金慶原 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)