[发明专利]一种磁性多层膜中实现垂直各向异性的方法

说明书

技术领域

本发明属磁电子学领域，具体涉及一种磁性多层膜中实现垂直各向异性的方法。

技术背景

交换偏置，是指铁磁(FM)/反铁磁(AFM)双层膜系统经过磁场冷却以后，矫顽力H_c明显得到增强，  同时磁滞回线偏离了原点。FM/AFM双层膜交换偏置是高密度磁记录读出头等巨磁电阻磁场传感器、及磁随机存储单元(MRAM)等磁电子学器件中的核心结构。在上述应用中，人们利用铁磁/反铁磁双层膜的平行交换偏置。事实上，不但可以利用平行交换偏置实现面内各向异性的增强，而且也可以利用垂直交换偏置(指场冷和测量过程中外磁场都垂直于膜面)提高垂直膜的垂直各向异性。尽管人们还没有尝试利用交换偏置使面内膜成为垂直膜，但是这项工作可能将对高密度信息存储领域具有非常重要的意义。

垂直各向异性是高密度磁光存储及高密度垂直磁记录介质的必要条件之一。过去产生垂直各向异性有以下几种方法：(1)一些重稀土金属合金薄膜呈现，如Gd-Fe，Tb-Fe-Co等；(2)Co-Pt，Fe-Pt，Co-Pd，Fe-Pd等以Pd和Pt为基的合金薄膜也有垂直各向异性；(3)利用形状各向异性在磁记录介质中实现垂直各向异性；(4)另一种产生垂直各向异性的方法是利用磁性/非磁性多层膜中的界面各向异性。上述各种方法都有一个共同的缺陷，只有一些特定的元素组合才能实现垂直各向异性，有很大的局限性。

由于垂直各向异性是实现高密度垂直磁记录和磁光存储的必要条件，因此寻找实现磁性多层膜中的垂直各向异性的新方法，将在高密度垂直磁记录及磁光存储领域具有重要的潜在应用价值，有助于推动信息存储等高科技领域的发展，并有可能产生巨大的经济效应。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够在磁性多层膜中实现垂直各向异性的方法，并克服上述已有方法的缺陷。

本发明提出的磁性多层膜中实现垂直各向异性的方法是利用铁磁/反铁磁多层膜中的垂直交换偏置实现垂直各向异性，  具体步骤如下：

1、在玻璃或硅等衬底上，用真空镀膜方法交替沉积铁磁/反铁磁层构成调制结构多层膜，膜层的周期为5-100，铁磁层的厚度为0.1--10纳米，反铁磁层厚度为1-99纳米不等。

2、再在多层膜上覆盖一层抗氧化层，以便对多层膜进行保护。该抗氧化保护层材料可以为Cu、SiO₂、Au、Ta等。

3、然后对多层膜样品进行磁场冷却，其中外磁场的方向平行于膜面的法线方向，从高于反铁磁层的奈尔温度降到低于反铁磁层的奈尔温度，外加磁场需要足够大，使得铁磁层的磁化强度能够沿法线方向饱和磁化。

沉积多层膜之前，在玻璃或硅等衬底上还可以先沉积一层厚度为1--99纳米的缓冲层。该缓冲层材料可以是各种材料，只要使得反铁磁层能够实现交换偏置。

本发明中，铁磁层可以是Fe、Co、Ni、稀土金属及其合金，反铁磁层可以是各种能够存在交换偏置的反铁磁材料；缓冲层材料可以是Cu、Ta、Cr等，缓冲层的选择主要依反磁层材料而定。真空镀膜方法可以是通常的磁控溅射方法等。

本发明利用铁磁/反铁磁多层膜的垂直交换偏置，使得原本的面内膜变成了垂直膜，它适合所有铁磁/反铁磁体系，适用所有的铁磁性材料，具有非常大的选择性，将可以弥补以往方法上的不足和缺陷，因此这一发明有了本质的区别和质的飞跃。这将对高密度垂直磁记录及磁光存储等信息存储领域具有重大的潜在应用价值。

附图说明

图1、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/CoO(4.0nm)]₄₀多层膜经过磁场冷却后在低温及室温的磁滞回线。

图2、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/CoO(4.0nm)]₄₀多层膜经过磁场冷却后矫顽力随着温度的变化而变化。

图3、描述了[Fe₁₉Ni₈₁(2.0nm)/Fe₅₀Mn₅₀(4.0nm)]₄₀多层膜经过磁场冷却后在不同温度下的磁滞回线。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1，Fe₁₉Ni₈₁/CoO多层膜