發(fā)布時間：2018-03-18 00:03

  本文選題：垂直各向異性　切入點：熱穩(wěn)定性　出處：《中國科學院大學(中國科學院物理研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：磁隨機存儲器作為一種方興未艾的自旋電子學器件,由于其具備非易失性、高密度、高速讀寫等優(yōu)良的性能,使得磁隨機存儲器在日常生活、軍事和工業(yè)等諸多領域都具有極大的開發(fā)潛力和應用價值。垂直磁性隧道結作為高密度磁隨機存儲器的核心單元一直倍受廣大研究者的青睞,提高隧道結磁性電極的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性是近年這方面研究的焦點。在垂直磁化的Co Fe B/Mg O薄膜及其相關隧道結的研究中,通常都是改變Co、Fe比例,而B的原子比含量始終為20%不變。本論文的研究目的之一是通過調(diào)節(jié)B的成分來提高Co Fe B/Mg O體系的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性。我們研究了Co、Fe為等原子比,B成分為10%、20%、30%時Ta/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Mg O和Mg O/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Ta正反兩種生長順序下體系的垂直磁性能。結果顯示,經(jīng)過300℃真空退火后,作為對照組的20%B含量的Ta/Co0.4Fe0.4B0.2/Mg O樣品,Co Fe B薄膜具有垂直磁化的極限厚度為1.2nm,對于相反結構的Mg O/Co0.4Fe0.4B0.2/Ta樣品,Co Fe B厚度在1.2~1.4 nm之間的樣品展現(xiàn)出了垂直磁各向異性。當B的含量降為10%時,相同退火條件下體系的垂直各向異性降低:在Ta/Co0.45Fe0.45B0.10/Mg O樣品中,只有Co Fe B為0.8nm厚的樣品表現(xiàn)出垂直易磁化的特性,對于Mg O/Co0.45Fe0.45B0.10/Ta樣品,僅有1.0 nm厚的樣品表現(xiàn)出垂直易磁化的特性。當B含量增加到30%,樣品的垂直磁性能較之參考樣品均獲得了相當大的提高:Ta/Co0.35Fe0.35B0.30/Mg O樣品在300℃真空退火后,Co Fe B垂直磁化的極限厚度從對照組成分的1.2 nm增加到1.4 nm,界面垂直各向異性常數(shù)Ks從1.7 erg/cm2增加到1.9 erg/cm2;當退火溫度升高至325℃,Co Fe B厚度為1.3 nm及以下的樣品仍然表現(xiàn)出了垂直易磁化,而對照組20%B含量的所有樣品在相同溫度下已不具備垂直磁各向異性。相反結構的Mg O/Co0.35Fe0.35B0.30/Ta則表現(xiàn)出更加優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和垂直各向異性,在高至350℃的最佳溫度真空退火后,Co Fe B垂直易磁化的極限厚度增加到1.5 nm,相應界面垂直各向異性常數(shù)Ks增加至2.0 erg/cm2,而對照組20%B含量的所有樣品在相同溫度下的磁性已完全被破壞�？偨Y起來,我們發(fā)現(xiàn)過量的B有效的提高了Co Fe B/Mg O體系的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性,因而B含量適量增加是優(yōu)化C o F e B/M g O體系的垂直磁性能和熱穩(wěn)定性的有效途徑之一。Cr為原子序數(shù)較小的3d金屬,但具有很大的自旋霍爾角,差不多可以和5d金屬W等比擬;Al是一種原子序數(shù)更小的主族輕金屬元素,容易與Cr形成合金,并且使Cr的非公度自旋密度波反鐵磁性變?yōu)楹唵蔚墓确磋F磁性,同時Cr1-xAlx反鐵磁合金在x=0.26左右具有很高的奈爾溫度,表現(xiàn)出半導體輸運特性。因此,本論文還研究了Cr-Al反鐵磁合金的自旋霍爾效應。我們制備了系列不同金屬層厚度的YIG/Cr0.72Al0.28和YIG/Cr異質(zhì)結構薄膜樣品,兩組樣品的電阻率測量結果顯示Cr0.72Al0.28薄膜的電阻率數(shù)倍于Cr,尤其在金屬層較厚的情形下;在垂直膜面溫度梯度下,由于縱向自旋塞貝克效應所產(chǎn)生的逆自旋霍爾電壓,YIG/Cr0.72Al0.28薄膜的逆自旋霍爾電壓數(shù)值較相同金屬層厚度的YIG/Cr薄膜的數(shù)值明顯增大。自旋擴散長度和自旋霍爾角的表征結果顯示,Al與Cr的合金化雖然強烈改變了Cr電子結構和輸運特性,但是Cr0.72Al0.28的自旋擴散長度和Cr的數(shù)值大體相當,而Cr0.72Al0.28的自旋霍爾角減小為Cr的三分之一。我們的研究表明具有非常小自旋-軌道耦合的Al的大量引入確實使合金的自旋霍爾角下降,盡管如此,由于Cr0.72Al0.28合金薄膜的高電阻率,導致了大的逆自旋霍爾電壓,使之仍不失為一種有效的自旋流探測材料。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2;TP333

【參考文獻】

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1 馮春;詹倩;李寶河;滕蛟;李明華;姜勇;于廣華;;利用FePt/Au多層膜結構制備垂直磁記錄L1_0-FePt薄膜[J];物理學報;2009年05期

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本文編號：1627073