《自旋阀中磁输运和磁性的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自旋阀中磁输运和磁性的研究（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要摘要自从在磁性多层膜中发现巨磁电阻( G M R ) 效应以来，由于基础研究和应用两方面的原因，自旋阀的G M R 效应引起了人们广泛的兴趣。一方面，自旋阀有重要的应用价值，例如，在磁记录技术中的应用使得磁记录密度大大提高。另一方面，自旋阀结构中的G M R 效应和铁磁反铁磁交换偏置的物理机制本身也包含很多深刻的物理内容，需要进一步研究。自旋阀的磁电阻比值和灵敏度直接影响器件的性能。例如，自旋阀读出头灵敏度的高低直接影响磁记录密度的大小。所以人们一直试图通过各种途径提高自旋阀的灵敏度和磁电阻比值。自旋阀的这些性质不但依赖于自旋阀的结构、组成材料和各层厚度，而且依赖于工艺条件，因此通过改善制
2、备工艺条件及各层的材料和厚度可以改善自旋阀的性能。本文围绕着自旋阀，开展两个方面的研究内容：( 1 ) 在纳米网状的阳极氧化铝和硅片两种衬底上，利用溅射法制各了F M A F M 双层膜：对于这一自旋阀中的关键结构，我们研究了其矫顽力增强的机制；( 2 ) 研究了溅射工艺条件对自旋阀磁电阻比值大小的影响，研究了自旋阀中铁磁层的体自旋相关散射和界面自旋相关散射对G M R 的贡献，并探讨了界面粗糙度对G M R 的影响。具体内容如下：( 1 ) 对于顶部钉扎自旋阀，发现G M R 比值与工艺条件密切相关。对于F M C u F M( F M = F e ，C o ，N i ，p e r m a
3、l l o y ) 构成的自旋阀，随着底部和顶部铁磁层厚度的增加磁电阻比值先增加后缓慢减小。与顶部铁磁层相比，磁电阻比值对底部铁磁层的厚度变化更为敏感。原子力显微镜测量表明，这是由于底部铁磁层厚度较薄时，薄膜粗糙度较大的缘故。( 2 ) 对于F M l F M 2 C u F M 2 F M l 自旋阀( F M l ，F M 2 分别为F e ，C o ，N i ，p e r m a l l o y )构成的自旋阀，发现C o ，p c r m a l l o y ，F e ，N i 的体和界面自旋相关散射对G M R 比值的贡献依次从大到小变化。( 3 ) 在玻璃衬底上制备出了磁电阻比值约
4、为8 的c o C “C o 顶部钉扎型自旋阀和磁电阻比值约为3 的P y C u P y 顶部钉扎型自旋阀。( 4 ) 对于c o 。N i h F e M n 双层膜( 成分不同) 和F M F e M n 双层膜，其中F M 分别是N i ，P y , N i 5 0 F e 5 0 ，C o ，F e ，发现双层膜的矫顽力与相应铁磁层的各向异性常数重量大学博士话生摘要密切相关，双层膜的矫顽力随着铁磁层内禀磁各向异性常数的增加而增大。( 5 ) 对于在纳米网状衬底上的v y T a 和P y F e M n 双层膜，矫顽力远大予相应连续薄膜的矫顽力，而且随铁磁层厚度的增加在1 7 5m
5、处有一个峰值。我们把这种现象解释为形状各向异性的影响。另外，纳米网状结构双层膜的矫顽力也强烈依赖于覆盖层的厚度及薄膜的溅射速率，这些都与纳米衬底独特的结构特性有关。复卫 学博士论盎A b s t r a c tS i n c et h ed i s c o v e r yo fg i a n tm a g n e t o r e s i s t a n c e ( G M R ) e f f e c ti n1 9 8 8 ，m u e hi n t e r e s th a sb e e nf o c u s e do nt h eG M Ro fs p i nv a l v e sd u
6、et oi t sa p p l i c a t i o n si nv a r i o u sf i e l d sa n di m p o r t a n c ei nb a s i cr e s e a r c h F i r s t ，a sr e a dh e a d ，s p i nv a l v ed e v i c e sa r eo fc r u c i a li m p o r t a n c et ot h em a g n e t i cr e c o r d i n ga n dt h ep e r f o r m a n c eo fr e a dh e a d s
7、i ss t r o n g l yr e l a t e dt ot h eG M Rr a t i oa n dt h es e n s i t i v i t yo fs p i nv a l v e s 。M a g n e t i ca n dm a g n e t o t r a n s p o r tp r o p e r t i e so fs p i nv a l v e sd e p e n dn o to n l yo nt h es t r u c t u r e ，m a t e r i a l sa n dt h i c k n e s so fc o n s t
8、i t u e n tl a y e r s ，b u ta l s oo nt h ef a b r i c a t i o np r o c e s s T h e r e f o r e ，m a n ya t t e m p t sh a v eb e e nm a d ei nt h i sf i e l d S e c o n d l y , m a n yp h y s i c si s s u e si nt h i sc o m m u n i t yn e e df u r t h e ri n v e s t i g a t i o n ，F o re x a m p l
9、 e ，a st h ek e ys t r u c t u r eo fs p i nv a l v e s ，t h em e c h a n i s mo ft h ee x c h a n g eb i a si nf e r r o m a g n e t ( F M ) a n t i f e r r o m a g n e t( A F M ) b i l a y e r si ss t i l lo p e n I n t h i st h e s i s ，t w oi m p o r t a n ta s p e c t sw e r es t u d i e d F i
10、r s t ，t h em e c h a n i s mo fc o e r c i v i t ye n h a n c e m e n ti nF M A F Mb i l a y e r so ns i l i c o ns u b s t r a t e sa n dn e t w o r kt e m p l a t e sw a ss t u d i e d ，S e c o n d l y , f o rs p i nv a l v e s ，t h ee f f e c t so fp r e p a r a t i o np r o c e s sa n di n t e
11、r f a c i a lr o u g h n e s so nt h em a g n e t o - t r a n s p o r tp r o p e r t i e sw e r es t u d i e da sw e l la st h ec o n t r i b u t i o n so fs p i nd e p e n d e n tb u l k s c a t t e r i n ga n di n t e r r a c i a l s c a t t e r i n gt ot h eG M Rr a t i o T h em a j o rr e s u l
12、t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：( 1 ) F i r s t ，t h ef a b r i c a t i o np r o c e s sh a sag r e a ti n f l u e n c eo nt h eG M Rr a t i oo ft h et o p - p i n n e ds p i nv a l v e s S e c o n d l y , t h r o u g hv a r y i n gt h eF M 1 a y e rt h i c k n e s si nC o C u C os p i
13、nv a l v e s ，i ti sf o u n dt h eG M Rr m i oi sm o r es e n s i t i v et ot h eb o t t o mF Ml a y e rt h i c k n e s st h a nt h a to ft h et o pF Ml a y e r T h i sc a r lb ea t t r i b u t e dt ot h ee f f e c to ft h ei n t e r r a c i a lr o u g h n e s so nt h eG M Rr a t i ob e c a u s et h
14、 ei n t e r f a c i a lr o u g h n e s sv a r i e sw i t hv a r y i n gb o t t o ml a y e rt h i c k n e s s ( 2 ) U s i n gF M l F M 2 C u F M 2 F M ls p i nv a l v e s ，w h e r eF M la n dF M 2C a nb eF e ，C o ，N i ，a n dP y , t h ec o n t r i b u t i o n so ft h ei n t e r f a c i a la n db u l k
15、s p i nd e p e n d e n ts c a t t e r i n gt ot h eG M Rr a t i oh a v eb e e ns t u d i e d F o rb o t ht h ei n t e r r a c i a la n db u l ks p i nd e p e n d e n ts c a t t e r i n g , t h ec o n t r i b u t i o nd e c r e a s e si nt h eo r d e ro fC o ，P y , F e ，a n dN i ，- i i i -I - 量走学博士论生
16、捕要( 3 ) T o p - p i n n e ds p i nv a l v e so fC o C u C oa n dP y C u P yo ng l a s ss u b s t r a t c sw e r ep r e p a r e d W i t ho p t i m u mf a b r i c a t i o nc o n d i t i o n ，t h eG M Rr a t i oo ft h e s et w os p i nv a l v e sc a I lr e a c h8 a n d3 ( 4 ) T h ec o e m i v i t yo fC o - N i F e M nb i l a y e r sw i t hd i f f e r e n tC o N ic o m p o s i t i o n sa n dF M F e M no n e sw i t hF Mm a t e r i a l sN i ，P y , N
