D0I:10.13374/j.issm1001-053x.2000.01.038 第22卷第1期 北京科技大学学报 VoL.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 NO钉扎的自旋阀的结构和磁性 柴春林》 滕蛟》 于广华” 姜文博2) 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)北京出入境检验检疫局，北京1000223)中科院物理所，北京100080 摘要利用反应溅射的方法制备了NiO薄膜，并研究了NiO对NiFe薄膜的钉扎作用，结果 表明钉扎场与反应溅射时的A/O,比例、总的溅射气压、基底的粗糙度等有很大关系.利用光电 子能谱(XPS)分析了NiO,中的i,O离子的价态.并制备了NiO钉扎的自旋阀Ta/NiO/NiFe/CuW NiFe/Ta,其磁电阻(MR)可达到2.2%，钉扎场为10.48kA/m. 关键词NO:自旋阀：结构：磁性 分类号TM271 巨磁电阻自旋阀结构多层膜，由于其较高 Ta/NiO/NiFe/.Cu/NiFe/.Ta.本底真空优于4× 的磁场灵敏度和弱磁场下良好的线性响应，使 105Pa,溅射时氩气压为0.5Pa.溅射时基片有水 其成为新一代硬盘读头的主要选择.目前，用作 冷，并且在基片上加有16Am的外磁场，以使 自旋阀钉扎层的材料有FeMn,NiMn,CrMn, NFe层感生出一个易磁化的方向.NiO的制备 NiO等.其中，FeMn是研究得很多的一种材料， 是在Ar和O2的混合气体中反应溅射制得，Ar 这主要是由于其钉扎场较大，第一个自旋阀的 和O,的体积比例由气体流量计控制，同时参考 钉扎场约在20kAm以上，目前这种材料的钉 气压计，磁电阻用标准的四探针法测量，磁滞回 扎场已能达到32kA/m左右.但是，FeMn层的缺 线用振动样品磁强计测得，应用光电子能谱仪 点是抗腐蚀性能差，其钉扎作用的截止温度较 (XPS)分析了NiO中Ni,O离子的价态. 低（约150℃），因此它在应用的过程中必然要 遇到困难，有必要选择其他材料作为钉扎层.相 2实验结果与讨论 对于FeMn而言，NiO的化学稳定性很高，因而 图1给出了交换偏场与Ar/O2比例的关系 环境稳定性好，即抗腐蚀性能强.研究表明，NiO 曲线，样品结构为基片/Ta(12)NiO.(50)NiFe(7)/ 在pH=7的环境中，其腐蚀率可以忽略，这一 Ta(9),括号中的数字表示膜厚，单位为nm.溅射 点对于磁头的制作过程很有利，而FeMn的腐 时Ar和O2的总气压为0.57Pa.随着Ar/O比例 蚀率约为0.1mh:另外，NiO有较高的截止温 的增加，交换偏场H.也随之增加；当在Ar/ 度(230℃)；由于NiO是绝缘体，其产生的分流作 O=7/1的气氛下沉积时，交换偏场H达到最大 用可以忽略，而对于金属反铁磁层，由于其分流 值9.6kA/m;随着Ar/O2比例的进一步增加，Hx 作用至少损失16%的信号输出. 逐渐减小，并最终失去钉扎作用，此时A/O2为 本文主要研究了NiO对NiFe薄膜的钉扎 13/1.从该曲线中可以看到，NiO对NiFe的钉扎 作用，通过工艺参数的改变来提高钉扎作用，并 作用与NiO,中的x值有关，即与Ni,O离子的价 制备了NiO钉扎的自旋阀NiO/NiFe/Cw/NiFe. 态有关.将Ar/O2比例分别为3.7,13的3种样 1样品的制备和测量 品经光电子能谱(XPS)分析，结果表明，x<1和 x>1时，钉扎作用都很弱，只有当x三1时，钉扎 样品是采用磁控溅射法制成的，在经过清 作用才最明显.此外，H还与溅射的总气压有 洗的玻璃基片上依次镀膜为Ta/NiO/NiFe/Ta和 关.图2所示为A/O2为7：1时，在不同的溅射气 压下制备的Ta/NiO/NiFe/Ta样品的交换偏场H.a. 1999-11-30收稿柴春林男，28岁，博士生 从中可以发现，溅射气压越低，交换偏场H就 *国家自然科学基金资助课题No.980606961) 越大，这同NiO/NiFe的界面粗糙度有关2.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心 钉 扎 的 自旋 阀 的结 构 和 磁 性 柴春林 ” 膝 蛟 ” 于 广 华 ” 姜文博 ” 朱逢吾 ” 赖 武彦 ， 北 京科技大 学材料科 学与 工 程 学 院 ， 北 京 北 京 出 入 境检 验检疫局 ， 北 京 科 院物理 所 ， 北京 摘 要 利用 反 应 溅 射 的方 法 制 备 了 薄膜 ， 并研 究 了 对 薄膜 的钉 扎 作用 ， 结果 表 明钉 扎场 与 反 应溅射 时 的 比例 、 总 的溅射气压 、 基底 的粗 糙度等 有 很大关 系 利用 光 电 子 能 谱 江 分 析 了 ， 中的 ， 离子 的价态 并 制 备 了 钉 扎 的 自旋 阀 护 几水 闪 广几 ， 其磁 电阻 可 达 到 ， 钉扎场 为 关键词 自旋 阀 结构 磁性 分 类号 巨磁 电 阻 自旋 阀 结 构 多层 膜 ， 由于 其 较 高 的磁场 灵 敏度和 弱 磁 场 下 良好 的 线 性 响应 ， 使 其成 为新一 代硬盘读头 的主 要 选择 目前 ， 用 作 自旋 阀钉 扎 层 的材 料 有 ， ， ， 等 其 中 ， 是研 究 得很 多 的一 种 材料 ， 这 主 要 是 由于 其钉 扎 场 较大 ， 第 一 个 自旋 阀的 钉 扎 场 约 在 八 以上 ， 目前 这 种 材料 的钉 扎 场 己 能达 到 左 右 但是 ， 层 的缺 点是 抗腐蚀 性 能差 ， 其 钉 扎 作 用 的截止温度较 低 约 ℃ ， 因 此它 在 应 用 的 过程 中必 然 要 遇 到 困难 ， 有 必 要 选 择 其他材料作 为钉扎 层 相 对 于 而 言 ， 的化 学稳 定性很 高 ， 因而 环境稳 定 性好 ， 即抗腐蚀性 能 强 研 究表 明 ， 在 一 的环 境 中 ， 其 腐 蚀 率 可 以忽 略 ， 这 一 点对 于 磁 头 的制 作 过程 很 有 利 ， 而 的腐 蚀率约 为 ” 脚 ，， 另外 ， 有 较 高 的截止温 度 ℃ 由于 是 绝 缘体 ， 其产 生 的分流 作 用 可 以忽 略 ， 而对 于 金属 反 铁磁层 ， 由于 其分 流 作 用 至 少损 失 的信 号 输 出 本 文 主 要 研 究 了 对 薄 膜 的钉 扎 作 用 ， 通 过 工 艺 参数 的 改变来提 高钉扎 作用 ， 并 制备 了 钉 扎 的 自旋 阀 肠月闷 加 胭 本 底 真 空 优 于 一 ， ，溅射 时氢气压 为 。 溅射 时基 片 有 水 冷 ， 并 且 在 基 片上 加 有 八 的外 磁场 ， 以使 层 感 生 出一个 易磁 化 的方 向 的制 备 是在 和 的混 合 气体 中反 应溅射制 得 ， 和 的体积 比例 由气体流量 计控制 ， 同 时 参 考 气压 计 磁 电 阻用标准 的 四探针法测 量 ， 磁 滞 回 线 用 振动 样 品磁 强 计 测 得 ， 应用 光 电子 能 谱 仪 分 析 了 中 ， 离 子 的价 态 样 品 的制备 和 测 量 样 品 是 采用 磁控 溅射法 制成 的 ， 在 经 过清 洗 的玻璃 基 片上 依 次镀 膜 为 肠加 加 和 一 卜 收稿 柴 春林 男 ， 岁 ， 博 士 生 国 家 自然 科学 基金 资助 课题 实验 结 果 与讨 论 图 给 出 了交换 偏 场 与 比例 的关 系 曲线 ， 样 品 结 构 为基 片 加 ， 括 号 中 的数 字表示 膜厚 ， 单位 为 溅射 时 和 的 总 气 压 为 随着 比例 的增 加 ， 交 换偏场 从 盆 也 随之 增 加 当在 一 的气氛下 沉积 时 ， 交换偏 场 、 达 到 最 大 值 角 随着 比例 的进 一 步 增 加 ， 逐渐减 小 ， 并最 终 失 去钉 扎 作用 ， 此 时 心 为 从 该 曲线 中可 以看 到 ， 对 的钉 扎 作 用 与 中 的 值有 关 ， 即 与 ， 离子 的价 态 有 关 将 比例 分 别 为 ， ， 的 种样 品 经 光 电 子 能谱 分 析 ， 结 果表 明 ， 和 时 ， 钉 扎 作用 都 很 弱 ， 只 有 当 望 时 ， 钉 扎 作 用 才最 明显 此 外 ， 从 、 还 与溅射 的总气 压 有 关 图 所 示 为 为 时 ， 在不 同 的溅射气 压 下 制备 的 加 样 品 的交换偏场几 从 中可 以发 现 ， 溅射气 压越 低 ， 交 换偏场 、 就 越大 ， 这 同 加 的界 面粗糙度 有 关【圳 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．01．038