一種由鐵磁/氧化鎳多層膜構成的磁性器件制造技術

本發明專利技術是一種由鐵磁／氧化鎳多層膜構成且具有垂直磁各向異性的磁性器件。本發明專利技術用真空鍍膜設備在襯底上交替沉積鐵磁和氧化鎳材料制備成鐵磁／氧化鎳多層膜。由于鐵磁和氧化鎳之間的相互作用在室溫產生垂直磁各向異性，小的氧化鎳晶粒尺寸使得垂直方向的磁滯回線關于零磁場對稱。因此這種多層膜可以作為超高密度垂直磁記錄介質、光磁混合垂直記錄介質及磁光存儲介質。本發明專利技術運用現有真空鍍膜技術，獲得了磁滯回線零磁場對稱的磁性器件，彌補了現有技術的不足和缺陷。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬磁電子學和磁記錄
，具體涉及的磁性多層膜中可實現室溫垂直各向異性，且垂直方向的磁滯回線關于零磁場對稱。
技術介紹
垂直各向異性是高密度磁光存儲、高密度垂直磁記錄及光磁混合記錄介質的必要條件之一。過去產生垂直各向異性有以下幾種方法(1)一些重稀土—過渡金屬合金薄膜，如Gd-Fe，Tb-Fe-Co等；(2)Co-Pt，Fe-Pt，Co-Pd，Fe-Pd等以Pd和Pt為基的合金薄膜；(3)另一種產生垂直各向異性的方法是利用磁性/非磁性多層膜(如Co/Pt)中的界面各向異性。上述各種方法都有一些缺陷。例如，對于過渡金屬—重稀土合金，如果存在很強的垂直磁各向異性，則合金的磁化強度往往比較小，不利于提高磁記錄密度。對于第二種和第三種方法制成的介質往往晶粒尺寸很大，不利于降低介質噪音。因此尋找實現垂直磁各向異性的新方法，將在高密度垂直磁記錄、光磁混合垂直磁記錄及磁光存儲領域中具有重要的意義，有助于推動信息存儲等高科技領域的發展，并有可能產生巨大的經濟效應。鐵磁(FM)/反鐵磁(AFM)雙層膜系統在外磁場中經過從高溫到低溫的冷卻后，矯頑力往往會得到明顯的增強，同時磁滯回線偏離了零磁場。這種FM/AFM雙層膜在高密度磁記錄讀出頭等巨磁電阻磁場傳感器、及磁隨機存儲單元(MRAM)等磁電子學器件中具有廣泛的用途。人們發現可以利用鐵磁/反鐵磁雙層膜的縱向交換偏置，提高垂直膜的垂直各向異性，其中冷卻磁場和測量過程中外磁場都垂直于膜面。在鐵磁/反鐵磁雙層膜，如果鐵磁層本身已經具有垂直磁各向異性，鐵磁層的垂直磁各向異性將得到很大的增強。對于鐵磁/反鐵磁多層膜，如果鐵磁層是多晶且厚度在幾個納米范圍內，也將實現垂直磁各向異性。但是，它們垂直方向的磁滯回線都將偏離零磁場。如果磁滯回線存在不對稱，這些材料無法直接運用到相關的領域。因此，利用鐵磁/反鐵磁多層膜既實現垂直磁各向異性，又保持磁滯回線對稱顯得非常重要，對高密度信息存儲領域具有非常重要的意義。目前尚未見該類磁性器件及其制備方法的報導。
技術實現思路
本專利技術的目的在于獲得一種由鐵磁/氧化鎳多層膜構成的且具有室溫垂直磁各向異性的磁性器件。本專利技術由鐵磁/氧化鎳多層膜構成的磁性器件，膜層中鐵磁/氧化鎳的重復周期是1-20，鐵磁層厚是1-50nm，氧化鎳層厚是2-10nm。該磁性器件具有補天浴日垂直磁各向異性，且磁滯回線關于零磁場對稱，這種多層膜制得的磁性材料可以制成超高密度垂直磁記錄介質、光磁混合垂直記錄介質、磁光存儲介質等磁性器件。上述磁性器件用現有技術的各種真空鍍膜設備在襯底上交替沉積即可制得。上述襯底可用玻璃或硅材料等現有技術的常用磁性器件襯底。鐵磁層可以是稀土—過渡族金屬非晶合金。鐵磁層的厚度是1-50nm，氧化鎳層厚度是2-10nm，鐵磁-氧化鎳重復周期1-20。鐵磁層的含量組成以下述為好過渡金屬65-90at％(原子百分比)，稀土金屬10-35at％。過渡金屬以Fe、Co為例，可以是單純Fe，也可以是Fe、Co二種過渡金屬，例如Fe50-100at％，Co0-50at％。在沉積多層膜之前，先沉積一層厚度2-500nm的緩沖層，緩沖層材料可以是各種材料，只要是非晶。本專利技術利用鐵磁/氧化鎳多層膜，即使鐵磁層本身具有面內磁各向異性，也能實現垂直磁各向異性。也可以已經是垂直磁性膜的垂直磁各向異性得到進一步的增強，同時保持磁滯回線關于零磁場對稱。它適合所有鐵磁/氧化鎳體系，適用所有的非晶鐵磁性材料，具有非常大的選擇性，可以彌補現有技術的不足和缺陷，因此本專利技術與現有技術相比具有本質的區別和質的飛躍。本專利技術制備方法利用現有技術，方法成熟，質量穩定，易于推行。該類器件對高密度垂直磁記錄及磁光存儲等信息存儲領域具有重大的潛在應用價值。附圖說明圖1是[Tb15(Fe90Co10)85(40nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜室溫垂直方向的磁滯回線，其中實線是重復5周期的多層膜，虛線是單層膜。圖2是[TbFeCo(2.0nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜350K時垂直方向的磁滯回線。圖3是[Tb13(Fe90Co10)87(40nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜室溫垂直方向的磁滯回線，其中實線是重復5周期的多層膜，虛線是單層膜。具體實施例方式實例1[Tb15(Fe90Co10)85(10nm)/NiO(4.0nm)]2多層膜用計算機控制的多功能磁控濺射設備制備[Tb15(Fe90Co10)85(10nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜，其中Tb15(Fe90Co10)85層厚度為10.0nm，NiO層厚度為4.0nm，周期數為5。樣品的具體結構為玻璃襯底/[Tb15(Fe90Co10)85(40nm)/NiO(4.0nm)]5。為了比較，還制備了200nm厚的Tb15(Fe90Co10)85單層膜。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，室溫時單層膜樣品的垂直方向的磁滯回線非常斜，剩磁比為0.3，矯頑力為57kA/m。而多層膜的垂直方向的磁滯回線發生了很大變化，磁滯回線的矯頑力為371kA/m，剩磁比為0.70。而且磁滯回線關于零磁場對稱。多層膜的垂直各向異性能得到很大的改善。實例2.[Tb15(Fe90Co10)85(40nm)/NiO(4.0nm)]5在350K圖(2)給出了[Tb15(Fe90Co10)85(40nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜在350K時的磁滯回線。很顯然，垂直方向的矯頑力仍然高達250kA/m。多層膜的矯頑力隨著溫度的升高，而迅速減小。這一特征符合光磁混合記錄介質的要求。實例3.[Tb13(Fe90Co10)87(40nm)/NiO(4.0nm)]15多層膜用計算機控制的多功能磁控濺射設備制備[Tb13(Fe90Co10)87(40nm)/NiO(4.0nm)]5多層膜其中Tb13(Fe90Co10)87層厚度為40.0nm，NiO層厚度為3.3nm，周期數為5。樣品的具體結構為玻璃襯底/[Tb13(Fe90Co10)87(40nm)/NiO(4.0nm)]5。為了比較，也制備了200nm厚的Tb13(Fe90Co10)87單層膜。用超導量子干涉器(SQUID)測量垂直于膜面的磁滯回線。如圖(3)所示，室溫時單層膜樣品的垂直方向的磁滯回線非常斜，剩磁比為0.1，矯頑力為33kA/m。而多層膜的垂直方向的磁滯回線發生了很大變化，磁滯回線的矯頑力為208kA/m，剩磁比為0.8。而且磁滯回線關于零磁場對稱。多層膜的垂直各向異性能得到很大的改善。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種由鐵磁／氧化鎳多層膜構成的磁性器件，其特征是膜層中鐵磁／氧化鎳的重復周期是１－２０，鐵磁層厚是１－５０ｎｍ，氧化鎳層厚是２－１０ｎｍ。

【技術特征摘要】
1.一種由鐵磁/氧化鎳多層膜構成的磁性器件，其特征是膜層中鐵磁/氧化鎳的重復周期是1-20，鐵磁層厚是1-50nm，氧化鎳層厚是2-10nm。2.根據權利要求1所述的鐵磁/氧化鎳多層膜構成的磁性器件的制備方法，其特征是用真空鍍膜設備在襯底上交替沉積制得。3.根據權利要求2所述的鐵磁/氧化鎳多層膜構成的磁性器件的制備方法，其特征是襯底是玻璃或硅材料。4.根據權利要求1或2所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周仕明，單榮，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]