【摘要】：隨著信息技術(shù)的發(fā)展,對存儲技術(shù)的要求越來越高,提高記錄密度和讀寫速度,降低功耗已經(jīng)成為信息技術(shù)中研究最為活躍的領(lǐng)域之一�；诖怪贝潘淼澜Y(jié)(Magnetic Tunnelling Junction,MTJ)的磁性隨機存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)具有存儲密度大、讀寫速度快和功耗低等優(yōu)點而有望成為新一代通用存儲器。Co_2FeAl(CFA)和GdFeCo兩種軟磁薄膜具有大的垂直磁各向異性。另外,CFA合金薄膜有著高的自旋極化率和低的阻尼因子,GdFeCo薄膜可實現(xiàn)在皮秒到飛秒級別的超快磁化翻轉(zhuǎn),因此它們被廣泛應(yīng)用于MRAM中。CFA和GdFeCo是制備垂直磁隧道結(jié)的熱門材料,因此研究它們的垂直磁各向異性具有重要的意義。本論文就CFA和GdFeCo兩種垂直磁各向異性合金薄膜的制備及磁、光、電與結(jié)構(gòu)特性進行了系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容如下:首先,用直流磁控濺射法分別在32 W和13 W功率下制備了25 nm厚的CFA合金薄膜,并進行了退火處理。研究了濺射功率和退火溫度對CFA薄膜磁與結(jié)構(gòu)特性的影響。高功率下制備的沉積態(tài)薄膜就具有強磁性,同時也具有單軸磁各向異性;而對應(yīng)的低功率下制備的沉積態(tài)薄膜則呈現(xiàn)出弱磁性。300℃退火后出現(xiàn)單軸磁各向異性;700℃退火后,所有的薄膜均表現(xiàn)為磁各向同性。隨著退火溫度的升高,薄膜的矯頑力變大。X射線衍射分析表明的隨著熱處理溫度升高,薄膜的晶粒尺寸增大,從而導(dǎo)致晶粒間磁耦合作用增強,這與薄膜的磁特性結(jié)果相一致。其次,在Pd/CFA/MgO結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)了易軸垂直于膜面。制備了一系列Pd/CFA/MgO結(jié)構(gòu)薄膜,并在200-450℃進行真空退火。系統(tǒng)地研究了退火溫度、磁性層厚度、Pd/CFA和CFA/MgO界面對薄膜垂直磁各向異性的影響。結(jié)果表明,Pd/CFA/MgO結(jié)構(gòu)薄膜經(jīng)250-400℃退火后具有垂直磁各向異性。在300-350℃退火下薄膜的垂直磁各向異性最佳,并且觀察到垂直CFA厚度范圍為3-5 nm,有效磁各向異性常數(shù)可達到2×10~6 erg/cm~3。另外研究發(fā)現(xiàn)Pd/CFA和CFA/MgO界面都對薄膜的垂直磁各向異性具有正貢獻。最后,采用鑲嵌靶技術(shù),在不同直流濺射功率下制備了一系列厚度為100 nm的GdFeCo薄膜。隨著濺射功率的增大,GdFeCo薄膜的易軸從水平方向變成垂直方向,然后再變成水平方向。這是由于隨著濺射功率的增加,Gd的含量增加所導(dǎo)致的。為了研究薄膜的熱穩(wěn)定性,在不同溫度下對富Gd的GdFeCo薄膜進行真空熱處理,測量了薄膜的磁電和磁光特性,200℃下退火的薄膜還保持著富Gd的垂直,表明制備的薄膜有好的熱穩(wěn)定性。另外,我們采用射頻磁控濺射法制備了一系列厚度更薄的GdFeCo薄膜,同樣實現(xiàn)了GdFeCo薄膜磁特性的可調(diào)。
【圖文】：

第 1 章 緒論隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的到來，需要存儲的信息量迅速增長。面對信息存儲，研究者們不斷地尋找新方法來提高信息存儲密度。目前，高密度存儲系統(tǒng)主要有以下幾種：磁記錄存儲、相變存儲和半導(dǎo)體存儲等。因為磁記錄存儲容量大，性價比和穩(wěn)定性高，所以現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是磁記錄存儲[1-2]。磁記錄存儲的發(fā)展歷程大體經(jīng)歷了三個階段。第一階段主要致力于薄膜磁頭的開發(fā)和真空濺射技術(shù)的改進。第二階段則主要是巨磁電阻（GiantMagnetoresistance, GMR）效應(yīng)的應(yīng)用，使得磁記錄密度在上世紀 90 年代得到快速增長。上世紀 80 年代末，德國的 Grünberg 研究組[3]和法國的 Fert 研究組[4]分別在 Fe/Cr 多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)。值得提及的是他們因此共同獲得 2007年諾貝爾物理學(xué)獎。隨后 IBM 公司成功研制出基于 GMR 效應(yīng)的磁頭，將存儲密度提高到 10 G bit/in2[5]。

小記錄位的尺寸：減少每一個記錄位內(nèi)的晶粒數(shù)和減小晶粒尺寸。一方面，信噪比正比于 N1/2（N 為每一記錄位中的晶粒數(shù)），所以為保障一定的信噪比，每一單元中要有足夠數(shù)量的晶粒。另一方面，晶粒體積的減小受超順磁效應(yīng)的限制。晶粒尺寸越小，其具備的能量就越小，分子的熱擾動就能破壞它的磁性，這種現(xiàn)象就是超順磁效應(yīng)[8]。研究者們用晶粒的弛豫時間 τ 來表征熱穩(wěn)定性[9]，τ由公式 1.1 決定：9B=10 exp(K V / k T) μτ (1.1)式中 Kμ為磁各向異性常數(shù)，V 為晶粒的體積。從式中可以發(fā)現(xiàn)為了保證介質(zhì)中晶粒磁化狀態(tài)的穩(wěn)定，應(yīng)保持較高的 KμV 值。但是 Kμ值的增加受磁寫入能力的限制，因此 V 不能太小。綜上所述，記錄位單元內(nèi)的晶粒數(shù)不能太少，，晶粒尺寸又不能太小。雖然使用具有更高磁各向異性常數(shù) Kμ的介質(zhì)可以提高熱穩(wěn)定性，但是又為磁寫入帶來困難。因此，提高磁記錄密度陷入了 SNR、熱穩(wěn)定性和磁頭寫入能力三者無法兼顧的困境。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.27;TB383.2;TP333

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 于濤;劉毅;朱正勇;鐘匯才;朱開貴;茍成玲;;Mo覆蓋層對MgO/CoFeB/Mo結(jié)構(gòu)磁各向異性的影響[J];物理學(xué)報;2015年24期

2 陸一帆;姜建偉;張曉磊;樓柿濤;金慶原;;TbFeCo薄膜激光誘導(dǎo)超快自旋動力學(xué)的成分比研究[J];復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年05期

3 徐初東;翁嘉文;譚穗妍;;超高記錄密度GdFeCo磁光材料超高速磁存儲技術(shù)的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2014年09期

4 陳志峰;方曉惠;徐毅;吳羽;;激光輔助跨越補償點磁化反轉(zhuǎn)動力學(xué)的實驗測量[J];廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年02期

5 韓秀峰;劉厚方;張佳;師大偉;劉東屏;豐家峰;魏紅祥;王守國;詹文山;;新型磁性隧道結(jié)材料及其隧穿磁電阻效應(yīng)[J];中國材料進展;2013年06期

6 倪經(jīng);周俊;楊陸;黃豹;;自旋電子學(xué)及其器件[J];真空電子技術(shù);2013年02期

7 吳波;楊秀德;張頌;;Co基Heusler合金:磁性、半金屬性,sp元素摻雜及在磁隧道結(jié)中的應(yīng)用和發(fā)展[J];材料導(dǎo)報;2012年21期

8 侯毅;;磁存儲技術(shù)的研究[J];硅谷;2012年09期

9 鄭晨溪;;磁存儲技術(shù)[J];信息系統(tǒng)工程;2012年04期

10 陳閩江;邱彩玉;孫連峰;王光儒;;自旋電子學(xué)與自旋電子器件[J];物理教學(xué);2011年10期

相關(guān)會議論文 前1條

1 范小龍;劉青芳;薛德勝;;FeCoZr軟磁薄膜的面內(nèi)單軸各向異性研究[A];第十二屆全國磁學(xué)和磁性材料會議專輯[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 張軒;垂直磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋力矩相關(guān)的磁電輸運性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

2 黃婷;磁隧道結(jié)中CoFe基自旋極化薄膜的磁性及自旋特性研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 李楊;密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法對Co基Heusler合金磁電阻結(jié)界面特征及電子自旋極化輸運的研究[D];西南大學(xué);2016年

4 張麗;磁隧道結(jié)模型及自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機存儲器設(shè)計技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 張璐然;高密度磁記錄用磁性薄膜的研究[D];蘭州大學(xué);2012年

6 張森;電場對鐵磁/鐵電異質(zhì)結(jié)構(gòu)磁性及輸運性質(zhì)調(diào)控的研究[D];清華大學(xué);2012年

7 劉曦;超高密度磁記錄磁頭用薄膜材料的研究[D];蘭州大學(xué);2009年

8 李正華;超高密度磁記錄用硬盤核心磁性器件的微磁學(xué)分析[D];蘭州大學(xué);2009年

9 李震;光磁混合記錄介質(zhì)物性表征和測量技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 付花睿;Pd/Heulser合金(Co_2FeAl_(0.5)Si_(0.5),Co_2MnSi)/MgO薄膜垂直磁各向異性的研究[D];西安理工大學(xué);2016年

2 劉蘇皓;多通道STT-MRAM存儲單元結(jié)構(gòu)以及電流驅(qū)動磁疇壁移動的微磁模擬研究[D];華中科技大學(xué);2015年

3 蔡志義;Co_2FeAl基薄膜的制備及微波軟磁特性研究[D];福建師范大學(xué);2014年

本文編號：2611229