D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2002.01.040 第24卷第1期 北京科技大学学报 Vol.24 No.1 2002年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2002 NMn薄膜的无序有序转变 曾立荣”彭子龙)朱逢吾”赖武彦” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)华中科技大学电子科学与技术系，武汉4300743)中科院物弹所，北京100080 捕要研究了Si/Ta/NiMn/AI和Si/Ta/NiFc/NiMn/AI多层膜中NiMn薄膜纶300C5h不问次 数循环退火后的有序化情况.X射线衍射定量计算结果表明，高温循环退火能极大地促进NMn 薄膜的有序化.NMn薄膜中有序相的含量随退火循环数的增加而持续增加.但含NFε层的膜 有序化过程要比尤NiFe层时缓慢.显然，NiFe对NiMn的有序化有阻碍作用. 关鳙调薄膜：NiM:行序化；循环谌火 分类号TM271 其有有序的Cu-Au-I(Ll)型结构的NiMn 本文用X射线衍射，首次系统研究了不同 薄膜囚其对NiFe薄膜较强的交换耦合、很高的 退火条件下Si/Ta/NiMn/Al和Si/Ta/NiFe/NiMn/ 温度稳定性和抗腐蚀能力而可以作为自旋阀钉 Al多层膜中NiMn薄膜的有序化过程，计算了 扎材料四.然而，与FeMn等反铁磁材料不同的 从fcc无序相转变为fct反铁磁相的相对量. 是，沉积态的NMn薄膜是无序的面心立方顺 磁相，只有经过长时间的高温退火转变为面心 1实验过程和计算方法 四方有序相时才其有反铁磁性.关于NiFe/NiMn 采用直流磁控機射，在相同条件下制备出 双层膜及NMn钉扎的月旋阀的磁性与退火温 12片多层膜，结构为Si(I00)/Ta(8nm)/NiFe(xnm)/ 度和时间的关系，进行了不少研究列.已经得到 NiMn(500nm)/Al(2nm).其中x=0nm和26nm 的结论有：在320℃以下，退火温度越高，钉扎 各6片.NiFe对NiMn的有序化有阻碍作用， 场越大；在400℃以下，退火时间越长，钉扎场 制备无NiFe层的膜是为了研究不受NiFe影响 越大，但有关退火过程中NiMn薄膜微观结构 时NiMn的有序化过程.Si基片为(10O)取向，Ta 的变化与交换耦合强度的定量关系的研究至今 为缓冲层，2nm厚的AI为保护层.NiMn层较 未见报道 厚，以便定量分析时X射线谱上有较大的积分 NiMn块体合金中的有序化过程早就有过 强度.根据Lin等人的研究结果，当NiMn层厚 研究.接近等原子数比的NiMn块体合金从 度大于35nm时，NiFe/NiMn双层膜的交换耦合 900℃冷却时，先在稍大800℃由fcc的无序γ顺 强度不再随NiMn J层的厚度而变化.故500nm 磁相转变为CsC1型立方有序的β相；接着在700° 的厚度应该不会影响钉扎场大小.镀膜前的本 C附近，β相经一无扩散的马氏体相变转变为fct 底真空优于3.2×10Pa,溅射工作氩气压为0.75 的有序0反铁磁相，并为Cu一Au一I(L1)型结构. Pa.溅射时加有平行于基片的3l.8kA/m的磁场. 在(O02)面上，Ni原子和Mn原子交替堆垛，最近 本实验的12个样品按多层膜结构中有无 邻的Mn原子磁矩反平行排列，Mn磁矩的具体 NiFe分为2组，进行真空磁场循环退火.第1组 方向是<100>或<110>.然而，与块状合金不同的 样品不含NiFe层，分别退火0-5个循环，样品 是，溅射制备沉积态的NiMn薄膜主要为fcc无 编号依次为00,01,02-05.第2组样品含NiFe 序相，可能还有少量的ft相，只有退火才能促 层，退火循环数也为0-5，样品编号依次为NN, 使fcc无序相进一步向fct有序相转变四，. 1l,22-55.退火炉真空度优于1×10-4Pa,外加磁 场39.8kA/m,平行膜面，样品的易轴沿磁场方 收稿日期200102-28 曾立荣女，26岁，硕士 向排列.每个循环中，温度在1.25h内升至300 *国家自然科学基金资助课题(No.19890310)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ，加 邝 哪口 匕】 薄膜的无序有序转变 曾立 荣 ” 彭子龙 ” 朱逢吾 ” 赖 武彦 ” 北京科技大学材料科学 与 程学院 ， 北京 华中科技大学 电子科学 与技术系 ， 武汉 们。 中科院物理所 ， 北 京 摘 要 研究 月’ 可 和 门’ 多层膜 中 薄膜经 “ 不 同次 数循环退火后 的有序化情况 射线衍射定量计算结果表明 ， 高温循环退 火能极大地促进 薄膜的有序化 薄膜中有序相的含量随退火循环数的增加 而持续增加 但含 层 的膜 有序化过程 要 比无 层 时级慢 显 然 ， 对 的有序化有阻 碍作 川 关扭词 薄膜 有序化 循环退 火 分类号 具有有序的 一 一 。 型结构的 薄膜 因其对 薄膜较强 的交换藕合 、 很高的 温 度 稳定性 和抗腐蚀能力 而可 以作为 自旋 阀钉 扎材料 ‘，’ 然而 ， 与 等反铁磁材料不 同的 是 ， 沉积 态的 薄膜是 无序的面心 立 方顺 磁相 ， 只有经过长 时间 的 高温退 火转变 为 面 心 四 方 有序相时才具有反 铁磁性 关于 加 双 层 膜及 钉扎 的 自旋 阀的磁性 与退 火 温 度 和 时 间 的关系 ， 进行 了不 少研究 ‘， 已 经得 到 的结论有 在 “ 以 下 ， 退 火 温度 越 高 ， 钉扎 场越大 在 ℃ 以 下 ， 退 火 时间越长 ， 钉 扎场 越 大 但有关退 火过程 中 薄膜微观结构 的 变化与交换捅合强 度 的定 量关系的研究至 今 未 见 报道 块体合金 中的有序化过程早就有过 研 究 ‘， 接近 等原子 数 比的 块体合金 从 冷却时 ， 先在稍大 ’ 由 的无序 匝 磁相转变为 型 立 方有序的 相 接着在 “ 附近 ， 相 经一无扩散 的 马 氏体相变转变 为 的有序 反 铁磁相 ， 并 为 一 一 型 结构 在 面 上 ， 原子 和 原 子交替堆垛 ， 最 近 邻 的 原子磁矩反 平行 排 列 ， 磁矩 的具体 方 向是 或 然而 ， 与块状合金 不 同的 是 ， 溅射制备沉积态 的 薄膜 主要 为 无 序相 ， 可能还 育少量 的 相 ， 只有退 火 才能促 使 无序相进 一 步 向 有序相转变 本文用 射线衍射 ， 首次 系统研 究 了不 同 退火 条件 下 刀工留 川 和 初 加 川 多层膜 中 薄膜 的有序化过 程 ， 计算 了 从 无序相转变为 反铁磁 相 的相对 量 收稿 日期 刁 一 曾立 荣 女 ， 岁 ， 硕 士 国家 自然科学荃金资助 课题 。 沙 引 实验过程和计算方法 采用 直流 磁控 溅射 ， 在 相 同条件下 制备出 片多层膜 ，结构 为 其 中 和 各 片 对 的有 序化有 阻碍 作用 ‘ ，， 制备无 。 层 的膜是 为了研 究 不 受 影 响 时 的有序化过 程 基 片为 取 向 ， 为缓 冲层 ， 厚 的 为保护层 层 较 厚 ， 以 便定量 分析时 射线谱 卜有 较 大 的积分 强度 根据 等人 的研 究结果 ，， ， 当 层 厚 度大 于 时 ， 闪 双 层 膜 的交换 祸合 强度 不 再随 层 的 厚度 而变 化 故 的厚度应 该不 会影 响钉扎场大小 镀 膜前 的 本 底真空优 于 一 ， ，溅射 作氢气压 为 溅射时加有平行于基 片的 叼 的磁场 本实 验 的 个样 品按 多 层 膜 结构 中有 无 分为 组 ， 进行 真空 磁场循环退 火 第 组 样品不 含 层 ， 分别退 火 一 个循环 ， 样 品 编号依次 为 ， ， 刁 第 组 样 品 含 层 ， 退 火循环数也 为 一 ， 样 品编号依次 为 ， ， 一 退 火炉 真 空 度 优于 一 ‘ ， 外加 磁 场 叼 ， 平行膜 面 ， 样 品 的易轴沿磁场方 向排列 每个循环 中 ， 温度在 内升至 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．01．040