·520 北京科技大学学报 第30卷 NiFe、FeMn均为面心立方结构(fcc),且晶格常数非 FeMn和Bi的晶格失配率很高，FeMn不能沿原来 常接近，分别为0.354和0.376nm.在Nife/FeMn 的NiFe层柱晶生长，严重破坏了FeMn的(ll1)织 薄膜形成过程中，NiFe、FeMn均为柱状晶生长o], 构，织构也是影响交换耦合场的一个重要因素，在 因此在Nife(l1l)薄膜上沉积FeMn可以形成很好 薄膜Ta/NiFe/Cu/Nfe/Bi/FeMn中在NiFe上沉 的FeMn(1l1)织构，Bi属菱方晶系，其晶格常数是 积Bi后，一方面严重破坏了FeMn的(111)织构，另 0.455nm,在NiFe层上沉积Bi后，由于晶体结构和 一方面Bi偏聚到FeMn中形成三元合金或作为杂 点阵常数均与Nfe层明显不同，Bi原子不可能在 质存在于FeMn层中，导致了H。s急剧下降并很快 NiFe层上共格外延生长，在Bi上沉积FeMn后， 衰减为零. (a) (b) NiFe(111) NiFe(111) FeMn(111) 40 42 44 46 48 40 44 46 48 2a) 2e() (c) (d) NiFe(111) NiFe(111) 40 42 44 46 48 40 42 44 6 4只 2a(°) 2e(e) 图4隔离层Bi厚度不同时Ta/Nife/Cu/Nife/Bi/FeMn/Ta薄膜的XRD曲线图.(a)0nm:(b)O.4nm;(c)0.8nm;(d)1.5mm Fig-4 XRD patterns of Ta/NiFe/Cu/NiFe/Bi/FeMn/Ta multilayers with different thicknesses of Bi layer:(a)Onm:(b)0.4nm:(c)0.8nm: (d)）1.5mm 在自旋阀Ta(10nm)/NiFe(8nm)/Cu (2.6nm)/NiFe(3.6nm)/FeMn(9nm)/Ta (10nm) 3结论 中，发现沉积插层Bi后对自旋阀多层膜的Hx有很 在自旋阀多层膜Ta(l0nm)/Nife(8nm)/Cu 大的影响.当把Bi沉积在Cu/NiFe界面时，少量Bi (2.6nm)/NiFe(3.6nm)/FeMn(9nm)/Ta(10nm) 的插入就可以有效地提高Hx,最大时可以提高2 中，在Cu/NFe界面沉积适量厚度的Bi能够有效地 倍.此后，随插层Bi的沉积厚度的进一步增加，H。x 提高Ha,沉积过量的Bi会导致Hex下降.XPS分 逐渐减小.在NFe/FeMn中间沉积插层Bi,发现沉 析结果表明：沉积在Cu/NiFe界面的Bi有效地抑制 积少量Bi就可以使Hx很快下降为零.可见，在自 了Cu在NFe层的偏聚；当沉积过量的Bi原子时， 旋阀多层膜中的适当位置沉积适量厚度的Bi才能 Bi原子会进一步迁移到FeMn中，可能形成杂质，从 最大限度地提高Hex· 而破坏了FeMn的反铁磁性能，这将使Hex降低.BiNiFe、FeMn 均为面心立方结构（fcc）‚且晶格常数非 常接近‚分别为0∙354和0∙376nm．在 NiFe／FeMn 薄膜形成过程中‚NiFe、FeMn 均为柱状晶生长［10］‚ 因此在 NiFe（111）薄膜上沉积 FeMn 可以形成很好 的 FeMn（111）织构．Bi 属菱方晶系‚其晶格常数是 0∙455nm‚在 NiFe 层上沉积 Bi 后‚由于晶体结构和 点阵常数均与 NiFe 层明显不同‚Bi 原子不可能在 NiFe 层上共格外延生长．在 Bi 上沉积 FeMn 后‚ FeMn 和 Bi 的晶格失配率很高‚FeMn 不能沿原来 的 NiFe 层柱晶生长‚严重破坏了 FeMn 的（111）织 构．织构也是影响交换耦合场的一个重要因素．在 薄膜 Ta／NiFe／Cu／NiFe／Bi／FeMn 中在 NiFe 上沉 积 Bi 后‚一方面严重破坏了 FeMn 的（111）织构‚另 一方面 Bi 偏聚到 FeMn 中形成三元合金或作为杂 质存在于 FeMn 层中‚导致了 Hex急剧下降并很快 衰减为零． 图4 隔离层 Bi 厚度不同时 Ta／NiFe／Cu／NiFe／Bi／FeMn／Ta 薄膜的 XRD 曲线图．（a）0nm；（b）0∙4nm；（c）0∙8nm；（d）1∙5nm Fig．4 XRD patterns of Ta／NiFe／Cu／NiFe／Bi／FeMn／Ta multilayers with different thicknesses of Bi layer：（a）0nm；（b）0∙4nm；（c）0∙8nm； （d）1∙5nm 在 自 旋 阀 Ta （10 nm ）／NiFe （8 nm ）／Cu （2∙6nm）／NiFe（3∙6nm）／FeMn（9nm）／Ta （10nm） 中‚发现沉积插层 Bi 后对自旋阀多层膜的 Hex有很 大的影响．当把 Bi 沉积在 Cu／NiFe 界面时‚少量 Bi 的插入就可以有效地提高 Hex‚最大时可以提高2 倍．此后‚随插层 Bi 的沉积厚度的进一步增加‚Hex 逐渐减小．在 NiFe／FeMn 中间沉积插层 Bi‚发现沉 积少量 Bi 就可以使 Hex很快下降为零．可见‚在自 旋阀多层膜中的适当位置沉积适量厚度的 Bi 才能 最大限度地提高 Hex． 3 结论 在自旋阀多层膜 Ta（10nm）／NiFe（8nm）／Cu （2∙6nm）／NiFe（3∙6nm）／FeMn（9nm）／Ta（10nm） 中‚在 Cu／NiFe 界面沉积适量厚度的 Bi 能够有效地 提高 Hex‚沉积过量的 Bi 会导致 Hex下降．XPS 分 析结果表明：沉积在 Cu／NiFe 界面的 Bi 有效地抑制 了 Cu 在 NiFe 层的偏聚；当沉积过量的 Bi 原子时‚ Bi 原子会进一步迁移到FeMn 中‚可能形成杂质‚从 而破坏了 FeMn 的反铁磁性能‚这将使 Hex降低．Bi ·520· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷