D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1997.04.031 第19卷第4期 北京科技大学学报 Vol.19 No.4 1997年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1997 低饱和场巨磁电阻金属多层膜 NisoFe2.o/Cu的结构与磁电阻* 姜宏伟)阁明朗) 赖武彦)柴春林 0朱逢吾2) 1)中国科学院物理研究所，北京1000802)北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要采用磁控溅射方法，获得了具有低饱和场巨磁电阻的Ni,F,/Cu金属多层膜.在室温下，其 磁电阻和层间耦合状态随Cu层厚度的增加呈振荡变化.在Cu层厚度a=l.0nm,2.2m时磁电 阻出现2个峰值分别为19.4%和11.7%，饱和场约为6.4x10Am和8x103Am,低温下(77K)磁电 阻为33.2%和27.6%.系统地研究了iF层厚度和周期数对多层膜磁电阻的影响.用真空退火方 法对样品进行热处理，发现多层膜的磁电阻性能有明显改变. 关键词低饱和场，巨磁电阻，多层膜 中图分类号TM271 自1988年Baibich等人W,在Fe/Cr金属多层膜中发现“巨磁电阻效应”(Giant magnetoresistance effect缩略为GMR)以来，具有低饱和场、高磁电阻比率的磁性金属多层膜 系统一直是人们研究的热点，这类人工材料在超高密度磁记录技术中有着极为重要的应用. 最早用磁控溅射方法制取并研究Ni-Fe/Cu多层膜的是S.S.Parkin,他发现多层膜中 相邻F层之间的耦合状态，随着Cu层厚度的增加从铁磁耦合到反铁磁耦合反复变化，磁 电阻也相应产生振荡变化.Nakatani等人在同样的系统中获得了类似的结果.通常认为，在 具有巨磁电阻效应的金属多层膜系统中，发生在磁层和非磁层间的界面处的电子自旋相关散 射起主要作用.S.A.Hossain等人研究了NiFeCo/Cu多层膜的热处理，发现适当的退火处 理可以明显地改善磁电阻特性和热稳定性.这对低饱和场GMR材料的实用化很有意义 本文系统地研究了N,F©/Cu金属多层膜，采用磁控溅射方法制备了具有典型的巨磁电 阻振荡现象的样品，并初步探索了多层膜的热处理效应， 1样品制备 样品是在磁控溅射仪上制备的.该设备有3个直流靶和】个射频(R靶，有16个基片位 置.即每抽一次真空可以制备16个样品.这有效地保证了实验数据的-一致性和可比性， 系统的本底真空高于5×10-5Pa,工作气体为高纯氩气，溅射气压为2.5×10-Pa.基片 1997-05-24收稿第一作者男30岁博士 ·中国科学院K951-A-401基金资助课题第 19 卷 第4 期 1 9 9 7 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n i v e r s i ty o f Sc i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e ij i n g V o l . 1 9 N o . 4 A u g . 1 9 7 低饱和 场 巨磁 电阻金属 多层膜 N i 8 0F e 2 0 /C u 的结构 与磁 电阻 ’ 姜宏 伟 `) 阎 明 朗 `) 赖 武彦 2 ) 柴春林2) 朱逢吾2) l ) 中国科学院物理研究所 , 北京 10 0 0 5 0 2 ) 北京科技大学应用 科学学院 , 北京 10 0 0 5 3 摘要 采用 磁控溅射方法 , 获得 了具 有低饱 和 场巨磁 电阻的 瓦80 eF oz/ uC 金属多层膜 · 在室温下 , 其 磁 电阻和层 间藕合状态 随 C u 层厚度 的增加呈 振荡变化 . 在 C u 层厚度 lcu =l . o nl , .2 2 nm 时磁 电 阻出现 2 个峰值分别为 19 .4 % 和 1 7 % , 饱 和场约为 6 . 4 xl 0 4月 In 和 8 x 10 3 户“ 111 , 低温下 (7 )K 磁 电 阻为 3 . 2 % 和 27 . 6 % . 系统地研究了 预 eF 层厚度和 周期数对多层膜磁电 阻 的影响 . 用 真空退火方 法对样 品进行热处理 , 发现 多层膜 的磁 电阻性能有明显改变 . 关键词 低饱和场 , 巨磁 电阻 , 多层膜 中图分类号 T M 2 7 1 自 19 8 年 B ia ib ch 等 人 1 , 在 eF c/ r 金 属 多 层 膜 中 发 现 “ 巨 磁 电 阻 效 应 · (。 an m ag ne ot er is at cn e e fe ct 缩 略为 G M )R 以 来 , 具有 低 饱和 场 、 高磁 电阻 比率 的磁性 金 属多层 膜 系 统一 直是人 们研 究 的热点 . 这类 人工 材料 在超高 密度 磁记 录技 术 中有着 极为 重要 的应用 . 最 早 用磁 控 溅射 方法 制取 并 研究 瓦 一 eF c/ u 多 层膜 的是 5 . s . aP r ik nlz 〕 , 他 发现多 层膜 中 相邻 惭 eF 层 之 间的藕合状 态 , 随着 C u 层 厚 度的 增加 从铁磁 藕合到 反铁 磁祸 合反复变化 , 磁 电阻 也 相应 产 生振 荡 变化 . aN ak at in 等 人 3[] 在 同样 的系统 中获得 了类 似 的结 果 . 通常 认为 , 在 具有 巨 磁 电阻 效应 的金 属多 层膜 系统 中 , 发 生在磁 层 和非磁 层 间 的界面处 的电子 自旋 相 关散 射起 主要 作 用川 . S . A . H os s ia n 等 人 5[] 研究 了 预 eF C o/ C u 多层 膜 的 热处理 , 发现 适 当的退 火处 理 可 以 明显 地 改善磁 电阻 特性 和热 稳定 性 . 这 对低 饱和 场 G M R 材料 的实 用化很 有意义 . 本文系 统地 研究 了 两 80 eF 20 C/ u 金 属多 层膜 , 采用 磁控 溅射方法 制备了具有典型的 巨 磁 电 阻振荡 现象 的样 品 , 并 初步 探索 了多 层膜 的热处理效 应 . 1 样品 制备 样 品是在 磁控 溅射 仪 上制备 的 . 该设 备有 3 个 直流 靶和 l 个射 频 ( R )F 靶 , 有 16 个 基 片位 置 . 即每 抽一 次真 空可 以 制 备 16 个样 品 . 这 有效地 保证 了 实验 数据 的一致 性 和可 比性 . 系 统的本 底真 空高 于 5 x 10 ” P a , 工作 气体 为高 纯氢 气 , 溅 射气 压 为 2 . 5 x I O 一 ’ aP . 基片 19 9 7 一 0 5 一 2 4 收稿 第一作者 男 30 岁 博士 * 中国科学院 9K 5卜 lA 一 4 01 基 金 资助课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 04. 031