·362· 北京科技大学学报 1997年第4期 2.2多层膜的结构与巨磁电阻效应 为研究多层膜结构与磁电阻的关系，我们固定Cu层厚度为Inm,改变NiFe厚度：t= 0.7nm,0.9m,l.1nm,1.3nm,1.7nm制备了Fe(10nm)/NiFe(tnm)/Cu(1nm)]30系列样品.结 果发现，随NF层厚度的增加磁电阻在达到某一极大值后开始衰减，见图4.这一结果与 Parkins在Fe/Cr多层膜中得到的结果相类似，可以认为这一结果是传导电子自旋相关散射发 生在界面上的证据.因为随NFe层厚度的增加，界面与体积之比变小，对GMR效应产生“稀 释”作用.当然，NFe层厚度的增加将导致织构和界面状态的变化，这也会引起磁电阻的变 化. 为研究周期数对多层膜磁电阻的影响，制备了如下两个系列的样品：(a)Fe(I0nm) NiFe(lnm)/Cu(0.8nm]N(b)Fe(10nm)/[NiFe(1nm)/Cu(0.9nm)】N.在样品(a)中，周期数N =10,15,20,25,30,35,40;在样品(b)中，N=5,10,15,20,30,35.所得结果如图5所示.2组 样品的磁电阻都在N=30时达到最大值，然后随周期数N的增加磁电阻开始衰减.这与 Parkin61在Fe/Cr多层膜中得到的结果不一样.他的结论是当周期数N达到某一值后磁电阻趋 于饱和， 20 。样品a ·样品b 15 民电 10 0.5 1.0 1.5 2.0· 0 10 20 30 40 NiFe层厚度/nm 周期数N 图5多层膜的周期N与磁电阻的关系曲线 图4磁电阻与NiFe层厚度的关系曲线. 样品a为：Fe(10 nm)[NiFe(1nm)/Cu(0.8nm)lN 样品：Fe(10nm)/[NiFe(t nm)/Cu(1nm)月30 样品b为：Fe(10nm)/[NiFe(1nm)/Cu(0.9nm)lN 我们认为，当多层膜的周期数较少时，样品总的膜厚度较薄，远小于传导电子的平均自由 程，此时表面对传导电子散射所占的比重较大，因此膜电阻较大，导致磁电阻很小，当N增加 时膜的厚度增加，此时膜电阻变小，磁电阻增大，当周期数N增加到使膜的厚度大于电子的平 均自由程以后，磁电阻对膜的厚度变化已不再敏感，所以磁电阻存在极大值.当>30后磁 电阻的衰减可能是结构上的原因，由于磁控溅射镀膜过程是一个非平衡过程，在膜内会产生 晶格畸变和许多缺陷.随周期数N增加，晶格畸变和缺陷会累积，当达到一定程度后，多层膜 的周期结构将被破坏，导致多层膜的磁电阻变小，此外，当膜较厚时，膜中的晶粒尺度，晶界情 况都与膜较薄时不同，这些因素对磁电阻的影响也是不容忽视的，对于这个问题的进一步认 识还需要对多层膜的微结构进行深人细致的研究，. 3 6 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 7年 第 4期 2 . 2 多层 膜的结构 与巨磁电阻效应 为研 究 多 层膜 结 构 与 磁 电阻 的 关 系 , 我 们 固 定 C u 层 厚 度 为 I nm , 改 变 M eF 厚 度 : t = 0 . 7 imr , o . g unt , l . l nm , l . 3 nm , 1 . 7 n m 制 备了 eF ( 10 n m ) / [瓦R ( t n m ) /C u ( I n m ) ] 3 0 系 列样 品 . 结 果 发 现 , 随 预eF 层 厚 度 的增 加 磁 电 阻 在 达 到某 一极 大 值 后 开 始 衰 减 , 见 图 4 . 这 一 结 果 与 aP ikr n[ 6 ]在 eF /C r 多层 膜 中得到 的结果 相类 似 , 可 以认 为这 一结 果是 传导 电子 自旋相 关散 射发 生在 界 面上 的证 据 . 因为 随 断 eF 层 厚度 的增 加 , 界 面 与体积 之 比变 小 , 对 G M R 效 应 产生 “ 稀 释 ” 作 用 . 当然 , 瓦eF 层 厚 度 的增 加 将 导致 织 构 和 界 面状态 的变 化 , 这 也 会 引 起 磁 电阻 的变 化 . 为 研 究 周 期 数 对 多 层 膜 磁 电 阻 的 影 响 , 制 备 了 如 下 两 个 系 列 的 样 品 : (a) eF (l o nm ) / [瓦eF ( I n m ) /C u ( o . s n m ) ] ;N (b) eF ( l o nm ) /[嘶 eF ( I nm ) /C u( o . 9 nm ) ] 瓜 在 样 品 (a) 中 , 周 期 数 入 = 10 , 1 5 , 2 0 , 2 5 , 3 0 , 3 5 , 4 0 : 在样 品 ( b ) 中 , N = 5 , 10 , 1 5 , 2 0 , 3 0 , 3 5 . 所 得结果 如 图 5 所示 . 2 组 样 品 的磁 电 阻 都在 N = 30 时 达 到 最 大 值 , 然 后 随周 期 数 N 的 增 加 磁 电 阻 开 始 衰 减 . 这 与 aP ikr nle 〕在 eF /C r 多层 膜 中得 到 的结果 不一 样 . 他 的结 论是 当周期 数 N 达到某 一值后 磁 电阻趋 于饱和 . 国密粗岁、 : :! 厂\ { 国 】 、 } 翻 } 气 ! 粗 , } \ } ’ { 一 ~ · { O L es es es es 一 - 一一 - J - - - - 一 一 - . 一一法 一一 一 - - - - - - - 曰 0 . 5 1 . 0 1 5 2 . 0 . 样 品a ~ 少气 M eF 层厚度扩 nI 图4 磁 电阻与 NI F e 层厚度的关系曲线 . 样品: F e ( 1 0 n m ) 2 IN I F e ( t n m ) 2C u ( 1 n m )1 3 0 周期数N 图5 多层膜 的周期刀 与磁 电阻的关 系曲线 样品a 为 : F e ( 10 n m ) 2 I N I F e ( 1 n m )l C u (0 . 8 n m )IN 样 品b 为: F e 。 o n m )zl N IF e ( I n m )z e u (0 . g n m )IN 我们 认为 , 当多 层膜 的周 期数 较 少时 , 样 品总 的膜 厚度 较 薄 , 远小 于传导 电子 的平均 自由 程 . 此时 表面 对传 导电子 散射所 占的 比重较 大 , 因此 膜 电阻 较大 , 导致 磁 电阻很 小 . 当 N 增 加 时膜 的厚 度增 加 , 此 时膜 电阻变小 , 磁 电阻增 大 . 当周期 数 N 增 加到使膜 的厚度大 于 电子 的平 均 自由程 以 后 , 磁 电 阻对 膜 的厚 度变 化 已 不 再敏 感 , 所 以 磁 电阻存 在极 大值 . 当 N > 30 后磁 电 阻的 衰减 可 能是 结 构上 的 原 因 , 由于磁 控溅 射 镀膜 过程 是 一个 非 平衡 过程 , 在膜 内会产生 晶格 畸 变和许多 缺 陷 . 随周期 数 N 增加 , 晶 格 畸变 和缺 陷会 累积 , 当达到 一定 程度 后 , 多层 膜 的周 期结 构将 被破 坏 , 导致多 层膜 的 磁 电阻变小 . 此外 , 当膜较 厚 时 , 膜 中的 晶粒尺 度 , 晶界情 况都 与 膜较 薄 时不 同 , 这些 因素 对磁 电阻 的 影 响也是 不 容 忽视 的 . 对于 这个 问题 的 进 一步认 识还 需要 对多 层膜 的微 结构 进行 深人 细致 的研究