D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.07.002 第34卷第7期 北京科技大学学报 Vol.34 No.7 2012年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2012 不同缓冲层对Nig1Fe1g薄膜性能影响和微结构分析 李明华✉ 李伟丁雷 刘洋滕蛟 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:mhli@usth.edu.cn 摘要采用磁控溅射方法制备分别以Ta和NiFeCr为缓冲层的Ta(NiFeCr)/NiFe/Ta薄膜材料.对于相同厚度的NiFe薄 膜，与传统材料Ta相比，用NiFeCr作缓冲层薄膜的各向异性磁电阻有显著的提高.X射线衍射结果表明，与Ta缓冲层相比 NiFeCr缓冲层可以诱导更强的NiFe(Ill)织构.高分辨透射电子显微镜结果表明，NiFeCr缓冲层和NiFe层的晶格匹配非常 好，NiFe沿着NiFeCr外延生长，以NiFeCr为缓冲层的NiFe薄膜具有良好的晶体结构.对薄膜进行热处理，以NiFeCr缓冲层 为缓冲薄膜的各向异性磁电阻值在350℃以下基本保持不变，当退火温度超过350℃后，其值会明显下降.以NFCr缓冲层 的薄膜在350℃以下退火具有良好的热稳定性. 关键词坡莫合金；薄膜；缓冲层：磁致电阻：微观结构：磁控溅射 分类号TB383:0484.5 Effect of different buffer layers on the property of Nis Fe thin films and micro- structure analysis LI Ming-hua,LI Wei,DING Lei,LIU Yang,TENG Jiao School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:mhli@ustb.edu.cn ABSTRACT Ta(NiFeCr)/NiFe/Ta films with Ta and NiFeCr buffer layers were prepared by magnetic sputtering.In comparison with Ta buffer layers the anisotropic magnetoresistance (AMR)values of the films with NiFeCr buffer layers increase dramatically for the same NiFe thickness.X-ray diffraction results show that the NiFeCr buffer layer promotes the formation of a stronger (111)texture in the NiFe films.High resolution transmission electron microscopy results show that the lattices of the NiFeCr buffer layer and the NiFe layer match well and the NiFe layer grows epitaxially along the direction of NiFeCr crystallites,so the films with NiFeCr buffer layers have a good crystal structure.After the films were annealed,the AMR values of the films with NiFeCr buffer layers keep constant when the temperature is below 350 C and then decreases dramatically with a further increase of temperature.The films also have a good ther- mal stability after heat treatment at a temperature below 350 C KEY WORDS permalloy:thin films;buffer layers:magnetoresistance:microstructure:magnetron sputtering 坡莫合金Nig!Feg薄膜具有优异的软磁性能和 新型的高灵敏度磁传感器要求各向异性磁电阻 较高的磁电阻变化率，一直以来都是地磁传感材料 薄膜必须制作得很薄，磁电阻变化率(MR)值尽可 中应用开发和基础研究的主要材料.此外，和其他 能大，且矫顽力很小.从应用角度讲，一方面需要大 的传感器相比，各向异性磁电阻(AMR)传感器具有 的灵敏度，同时也需要高的信噪比。为了提高信噪 灵敏度高、体积小、可靠性高、温度特性好、以及易于 比，研究者做了大量的研究工作6.结果表明，界 与数字电路匹配等优点.由于各向异性磁电阻传感 面晶格一致性差的材料的信噪比大，在热处理过程 器具有上述优点，各向异性磁电阻薄膜材料及其磁 中也容易产生晶格畸变或纳米量级的缺陷.基于上 传感器件仍然受到人们的关注 述原因，对于NFe体系，本文寻求与NiFe共格的材 收稿日期：2011-10-20 基金项目：国家自然基金资助项目(50831002：50971021：50101012)：中央高校基本科研业务费专项(FRF-SD-12011A)第 34 卷 第 7 期 2012 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 7 Jul． 2012 不同缓冲层对 Ni81 Fe19 薄膜性能影响和微结构分析 李明华 李 伟 丁 雷 刘 洋 滕 蛟 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: mhli@ ustb． edu． cn 摘 要 采用磁控溅射方法制备分别以 Ta 和 NiFeCr 为缓冲层的 Ta( NiFeCr) /NiFe /Ta 薄膜材料． 对于相同厚度的 NiFe 薄 膜，与传统材料 Ta 相比，用 NiFeCr 作缓冲层薄膜的各向异性磁电阻有显著的提高． X 射线衍射结果表明，与 Ta 缓冲层相比 NiFeCr 缓冲层可以诱导更强的 NiFe( 111) 织构． 高分辨透射电子显微镜结果表明，NiFeCr 缓冲层和 NiFe 层的晶格匹配非常 好，NiFe 沿着 NiFeCr 外延生长，以 NiFeCr 为缓冲层的 NiFe 薄膜具有良好的晶体结构． 对薄膜进行热处理，以 NiFeCr 缓冲层 为缓冲薄膜的各向异性磁电阻值在 350 ℃以下基本保持不变，当退火温度超过 350 ℃ 后，其值会明显下降． 以 NiFeCr 缓冲层 的薄膜在 350 ℃以下退火具有良好的热稳定性． 关键词 坡莫合金; 薄膜; 缓冲层; 磁致电阻; 微观结构; 磁控溅射 分类号 TB383; O484. 5 Effect of different buffer layers on the property of Ni81Fe19 thin films and micro￾structure analysis LI Ming-hua ，LI Wei，DING Lei，LIU Yang，TENG Jiao School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: mhli@ ustb． edu． cn ABSTRACT Ta( NiFeCr) /NiFe /Ta films with Ta and NiFeCr buffer layers were prepared by magnetic sputtering． In comparison with Ta buffer layers the anisotropic magnetoresistance ( AMR) values of the films with NiFeCr buffer layers increase dramatically for the same NiFe thickness． X-ray diffraction results show that the NiFeCr buffer layer promotes the formation of a stronger ( 111) texture in the NiFe films． High resolution transmission electron microscopy results show that the lattices of the NiFeCr buffer layer and the NiFe layer match well and the NiFe layer grows epitaxially along the direction of NiFeCr crystallites，so the films with NiFeCr buffer layers have a good crystal structure． After the films were annealed，the AMR values of the films with NiFeCr buffer layers keep constant when the temperature is below 350 ℃ and then decreases dramatically with a further increase of temperature． The films also have a good ther￾mal stability after heat treatment at a temperature below 350 ℃ ． KEY WORDS permalloy; thin films; buffer layers; magnetoresistance; microstructure; magnetron sputtering 收稿日期: 2011--10--20 基金项目: 国家自然基金资助项目( 50831002; 50971021; 50101012) ; 中央高校基本科研业务费专项( FRF--SD--12--011A) 坡莫合金 Ni81 Fe19薄膜具有优异的软磁性能和 较高的磁电阻变化率，一直以来都是地磁传感材料 中应用开发和基础研究的主要材料． 此外，和其他 的传感器相比，各向异性磁电阻( AMR) 传感器具有 灵敏度高、体积小、可靠性高、温度特性好、以及易于 与数字电路匹配等优点． 由于各向异性磁电阻传感 器具有上述优点，各向异性磁电阻薄膜材料及其磁 传感器件仍然受到人们的关注［1--5］． 新型的高灵敏度磁传感器要求各向异性磁电阻 薄膜必须制作得很薄，磁电阻变化率( MR) 值尽可 能大，且矫顽力很小． 从应用角度讲，一方面需要大 的灵敏度，同时也需要高的信噪比． 为了提高信噪 比，研究者做了大量的研究工作［6--8］． 结果表明，界 面晶格一致性差的材料的信噪比大，在热处理过程 中也容易产生晶格畸变或纳米量级的缺陷． 基于上 述原因，对于 NiFe 体系，本文寻求与 NiFe 共格的材 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.07.002