Vol.19 No.2 孟宪梅等：巨磁电阻自旋阀多层膜的结构和磁性 ·211· 程的热量进行磁场热处理.实验表明（图3），磁场热处理效果明显，而溅射电流只需超过 80A则效果平稳.溅射过程中，原子的堆积是一个非平衡热处理过程.对于金属镀膜而言， 先行到达基片的原子团形成很多小岛区，在后续到达的原子团作用下逐渐扩散成片，软磁材 料Nis,Fe,的磁场热处理可以促进Fe-Ni原子对偶形成和有序排列，因而增加磁畴结构.所 以，在溅射镀膜过程中，施以磁场，可达到改善膜面微结构和降低矫顽力的双重目的. FeMn合金是一种特别的磁性金属)，其磁有序是反铁磁性的.它具有单方向磁性各向异 性，FMn钉扎层通过所谓各向异性交换耦合，将磁层M2的磁矩“钉扎”在它的磁各向异性方 向上.通过各种工艺优化，我们已能将这项钉扎场（也称为交换偏场）做到20×103A/m左 右.从图4看出，FeMn层膜为9nm时，厚的磁层M2容易得到低的H。,但交换偏场H也低 些.我们的结果还表明，增加FeMn层厚度也可提高Hex· 8.0 8.0r 20 o生长磁场为120×10T 磁层厚度为4.5mn 6.4 ·生长磁场为250×10T 6.4 Q飚层厚度为15nm 00 16 -0 4.8 4.8 12 0 磁层厚度为4.5nm 3.2 3.2 0 18 ●磁层厚度为l5nm -0 1.6 1.6 0 20406080100120140 60 80 100 120 140 INiFe/mA IFe Mn/mA 图3自由层矫顽力Ha和镀磁层(NiFe)溅射电流 图4被钉扎层矫顾力Hc,及交换偏场Hx和 的关系，NiFe厚度为8nm,Ta厚度为15nm 钉扎层(FeMn)藏射电流的关系镀 综上所述，自旋阀的基本结构为6层薄膜组成，每层厚度在2~15之间，其磁电阻值 对微缺陷十分敏感.各层薄膜物理化学性质不同，相互关系复杂，但是，它们能统一完成一项 功能，属于一种新型高技术薄膜功能材料，其中材料物理性质的研究仍是一项艰巨任务.目 前，进一步的材料研究正在深入，已开始应用自旋阀多层膜试制高灵敏磁传感器及硬盘读出 头 3结论 通过对膜微结构和磁性的研究，我们优化了制备工艺，制成了性质优良的巨磁电阻自旋 阀多层膜，膜的品质已能满足高灵敏度磁传感器和硬磁盘读出磁头制作的要求， 感谢尹林同志在真空技术上给予很大帮助.本项目受中国科学院K951-1-401项目资助. 参考文献 I Baibich M N,Broto J M.Fert A.Phys Rev Lett,1988.61:2472孟 宪梅等 巨 磁 电阻 自旋 阀多层膜 的结构和 磁性 程 的 热 量 进 行 磁 场 热 处 理 实 验 表 明 图 ， 磁 场 热 处 理 效 果 明 显 ， 而 溅 射 电 流 只 需 超 过 则 效果 平 稳 溅 射 过 程 中 ， 原 子 的堆 积 是 一 个 非平 衡 热处理 过 程 对于 金 属 镀膜 而 言 ， 先 行 到 达 基 片 的原 子 团形 成 很 多 小 岛 区 ， 在 后 续 到 达 的 原 子 团作 用 下 逐 渐 扩 散 成 片 软磁 材 料 断 。 的磁 场 热处理 可 以 促 进 一 两 原 子 对偶 形 成 和 有 序 排 列 ， 因而 增 加 磁 畴 结 构 所 以 ， 在 溅射 镀膜过程 中 ， 施 以 磁 场 ， 可 达到 改 善膜 面 微结 构和 降低 矫顽 力 的双重 目的 合 金 是 一 种 特 别 的磁性 金 属 ， 其 磁 有 序 是 反 铁 磁 性 的 它具 有 单方 向磁性 各 向异 性 ， 钉扎层通 过 所谓 各 向异性 交 换藕合 ， 将磁层 的磁 矩 “ 钉扎 ” 在它 的磁 各 向异性 方 向上 通 过 各 种 工 艺 优化 ， 我 们 已 能 将 这 项 钉 扎 场 也 称 为交 换偏 场 做 到 左 右 · 从 图 看 出 ， 层 膜 为 时 ， 厚 的磁 层 破 容 易 得 到低 的 凡 ， 但 交换偏 场 、 也低 些 我 们 的结果 还 表 明 ， 增 加 层 厚 度 也 可提 高 ︵ 一日 · 百丈一 片 才 生 长磁 场 为 丫 生 长磁 场 为 闷 目，︸ ︵ 一日 · 乞几巴 芝省 、 司到 厚度为 创 一 一 ︸‘，、 八曰拭‘︹ ︵ 一日 · 。一、葱 一省 杭斤 了 扩 图 自由层矫顽力 和镀磁层 溅射电流 的关系 ， 厚度为 ， 厚度为 图 被钉扎层矫顽力 及交换偏场从 和 钉扎层 溅射电流的关系镀 综 上 所 述 ， 自旋 阀 的基 本结 构 为 层 薄膜 组 成 ， 每 层 厚度 在 一 巧 之 间 ， 其磁 电阻值 对微 缺 陷十分 敏 感 各层 薄膜 物理 化 学性 质 不 同 ， 相 互 关 系 复 杂 ， 但 是 ， 它 们 能 统 一完 成 一 项 功 能 ， 属 于 一 种 新 型 高 技 术 薄 膜 功 能 材 料 ， 其 中材 料 物 理 性 质 的研 究 仍 是 一 项 艰 巨 任 务 目 前 ， 进 一步 的材 料 研 究 正 在 深 人 ， 已 开 始 应 用 自旋 阀多 层 膜 试 制 高灵 敏 磁传感 器 及 硬 盘读 出 头 结论 通 过 对膜微 结构 和 磁性 的研 究 ， 我 们 优 化 了 制备工 艺 ， 制成 了性 质 优 良的 巨 磁 电阻 自旋 阀多 层膜 膜 的 品质 已 能满足 高灵敏度 磁传感器 和硬 磁 盘读 出磁 头制作 的要 求 感谢尹林 同志在真空 技术 上 给予很大 帮助 本项 目受 中国科学 院 心 一 一 项 目资助 参 考 文 献 ， ， 比 ，