低劑量Ga+輻照和溫度對(duì)自旋閥磁性能及其穩(wěn)定性的影響.pdf

1、具有低飽和場(chǎng)、高靈敏度的自旋閥巨磁電阻材料，在磁記錄讀出磁頭、隨機(jī)存儲(chǔ)器、磁傳感器等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。聚焦離子束(FIB)技術(shù)被認(rèn)為是制備基于自旋閥磁電子器件和修飾薄膜材料磁性能的一種比較便捷的方法。但在用FIB技術(shù)制備納米磁電子器件的過程中，其離子束尾會(huì)影響磁電子器件使用的可靠性。另外，制備和使用過程中溫度也會(huì)影響自旋閥磁性能。本文圍繞應(yīng)用聚焦離子束技術(shù)制備自旋閥納米磁電子器件引起的問題以及溫度對(duì)自旋閥納米

2、磁電子器件的影響，通過XRD、AFM、TEM以及VSM等分析測(cè)試手段研究了低劑量Ga+離子輻照與溫度對(duì)自旋閥多層膜及在其中起關(guān)鍵作用的鐵磁/反鐵磁雙層膜磁性能及其穩(wěn)定性的影響。
　　 低劑量Ga+離子輻照降低了CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋閥多層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)度，輻照后增加了原子在界面的混合?？棙?gòu)度的下降和界面原子的混合使得自旋閥多層膜交換偏置場(chǎng)、被釘扎層矯頑力以及巨磁電阻下降，經(jīng)過3×1014 ion

3、·cm-2劑量的Ga+離子輻照后，交換偏置場(chǎng)由234 Oe變?yōu)?9 Oe，被釘扎層矯頑力由195 Oe變?yōu)?75 Oe；低劑量離子輻照后，增加了自由鐵磁層與被釘扎層間的耦合，使得自由層的矯頑力增加，經(jīng)過3×1014 ion·cm-2劑量的Ga+離子輻照后，自由層矯頑力由59 Oe變?yōu)?26 Oe。低劑量Ga+離子輻照后織構(gòu)度的下降、應(yīng)力松弛以及鐵磁與反鐵磁層間擴(kuò)散等微結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致反鐵磁矩難以反轉(zhuǎn)，使得離子輻照后自旋閥多層膜熱磁穩(wěn)定性增

4、強(qiáng)。
　　 低劑量Ga+離子對(duì)CoFe/IrMn雙層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)影響甚微，但降低了CoFe/IrMn雙層膜的界面粗糙度；粗糙度的降低使得CoFe/IrMn雙層膜交換偏置場(chǎng)和矯頑力下降，經(jīng)過1×1014 ion·cm-2劑量的Ga+離子輻照后，交換偏置場(chǎng)由324 Oe變?yōu)?80 Oe，矯頑力由111 Oe變?yōu)?75 Oe。低劑量Ga+離子輻照降低了反鐵磁疇反轉(zhuǎn)的能壘，使得輻照后CoFe/IrMn雙層膜中熱磁穩(wěn)定

5、性下降。
　　 退火降低了自旋閥多層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)度?？棙?gòu)度的下降使得自旋閥交換偏置場(chǎng)和被釘扎層矯頑力減小，鐵磁自由層在熱處理過程中發(fā)生了相變過程，從而導(dǎo)致自由層的矯頑力增加；不同加熱溫度使得IrMn(111)方向的織構(gòu)度下降，并增加了界面處原子的混合。織構(gòu)度的下降和界面原子的混合使得自旋閥的交換偏置場(chǎng)下降。連續(xù)升溫使得CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋閥多層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)度下降，織構(gòu)度下

6、降使得自旋閥的交換偏置場(chǎng)和被釘扎層矯頑力下降。
　　 退火使得CoFe/IrMn雙層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)減弱，粗糙度增加，交換偏置場(chǎng)下降；不同加熱溫度對(duì)CoFe/IrMn雙層膜中IrMn(111)方向的織構(gòu)影響不大，但交換偏置場(chǎng)隨著加熱溫度的升高而下降。
　　 退火降低了CoFe/IrMn雙層膜的熱磁穩(wěn)定性，但增加了CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋閥多層膜的熱磁穩(wěn)定性；而不同加熱溫度降低了CoFe/Ir