【摘要】：在磁存儲(chǔ)技術(shù)中,不同磁性膜層間的磁耦合現(xiàn)象是影響信息有效存儲(chǔ)和讀取的關(guān)鍵因素。具有垂直磁各向異性的高密度新型磁隨機(jī)存儲(chǔ)器件與面內(nèi)磁化的器件相比具有多種優(yōu)勢(shì),但垂直各向異性多層膜的特殊材料和結(jié)構(gòu)會(huì)在磁耦合中引入新的現(xiàn)象和物理機(jī)制。為了在垂直磁化的自旋閥、隧道結(jié)中實(shí)現(xiàn)高熱穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性和低寫(xiě)入功耗,需要對(duì)垂直磁各向異性多層膜中的層間交換耦合、交換偏置耦合等的規(guī)律、影響機(jī)制及溫度特性進(jìn)行研究。本論文采用基于CoFeB合金這一新型材料的垂直各向異性多層膜,成功制備了易軸垂直取向的人工合成反鐵磁和交換偏置結(jié)構(gòu)。由于其垂直各向異性來(lái)源于界面,[CoFeB/Pt or Pd]周期性結(jié)構(gòu)具有磁性層厚度薄、界面效應(yīng)顯著等區(qū)別于面內(nèi)磁化薄膜的特點(diǎn),但由此而造成的垂直各向異性與面內(nèi)各向異性結(jié)構(gòu)中磁耦合現(xiàn)象的區(qū)別尚未得到充分研究。而本論文通過(guò)對(duì)樣品膜層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),采用變化近鄰CoFeB層厚度、添加界面夾入層、區(qū)別上下界面、多溫度測(cè)量和熱處理等實(shí)驗(yàn)手段,重點(diǎn)考察了界面和超薄膜效應(yīng)對(duì)層間交換耦合和交換偏置的影響及其機(jī)理,對(duì)提高垂直各向異性自旋電子學(xué)器件的性能具有重要的應(yīng)用意義。本論文的工作及結(jié)果主要包括以下幾個(gè)方面：一、成功制備了具有垂直各向異性的人工合成反鐵磁結(jié)構(gòu)[Pt/CoFeB]N1 /Ru/[CoFeB/Pt]N2,并系統(tǒng)研究了各結(jié)構(gòu)和測(cè)量參數(shù)對(duì)其耦合和磁化翻轉(zhuǎn)特性的影響。層間交換耦合的強(qiáng)度隨Ru層厚度的增加呈現(xiàn)出振蕩衰減的規(guī)律；通過(guò)調(diào)節(jié)多層膜的周期數(shù)改變了磁化翻轉(zhuǎn)的順序和翻轉(zhuǎn)平臺(tái)大小,同時(shí)通過(guò)磁矩與交換場(chǎng)隨周期數(shù)變化的分析分離出了界面磁性死層的厚度。確定了反鐵磁耦合的峰值強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的中間層厚度,并初步測(cè)量了耦合強(qiáng)度隨溫度的變化關(guān)系。二、在基于[CoFeB/Pd]N多層膜的垂直各向異性人工合成反鐵磁結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)研究了層間交換耦合隨測(cè)量溫度的變化特性及其影響因素。通過(guò)改變與Ru近鄰的CoFeB層厚度,發(fā)現(xiàn)層間耦合的強(qiáng)度受到超薄膜中自旋波熱激發(fā)的影響而在更薄的樣品中隨溫升下降更快。通過(guò)調(diào)節(jié)CoFeB單層之間經(jīng)由Pd產(chǎn)生的鐵磁耦合,加強(qiáng)了鐵磁層內(nèi)的有效交換作用強(qiáng)度,進(jìn)而改善了層間耦合的強(qiáng)度和溫度特性。反鐵磁耦合峰值的位置隨溫度和近鄰CoFeB層厚度的變化而移動(dòng),對(duì)應(yīng)于CoFeB與Ru界面上磁性死層厚度的相應(yīng)變化；通過(guò)實(shí)驗(yàn)分離出了上、下界面死層的不同貢獻(xiàn)。三、系統(tǒng)地研究了[CoFeB/Pd]N垂直各向異性多層膜與MnIr相耦合系統(tǒng)的交換偏置及其溫度特性。在tCFB"f0.7 nm范圍內(nèi),交換偏置的強(qiáng)度在各個(gè)測(cè)量溫度下均隨著近鄰層厚度tCFB的增大而增大,而交換偏置截止溫度TB的峰值位置和分布范圍也受到tCF8的影響。下釘扎與上釘扎樣品的交換場(chǎng)隨退火溫度表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。通過(guò)在CoFeB與MnIr之間夾入Pd或Cu薄層,或在膜層下方增加引導(dǎo)層,實(shí)現(xiàn)了對(duì)矯頑力和交換偏置場(chǎng)的調(diào)控。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP333;O484.43

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄺宇平,翁世浚;立方晶體鐵磁各向異性的自旋波理論[J];物理學(xué)報(bào);1964年09期

2 В.Н.Завойский;陸波;;巖石磁化率各向異性分析[J];國(guó)外地質(zhì)勘探技術(shù);1987年03期

3 許光本,潘海汝,黃國(guó)祥;巖礦石磁各向異性的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[J];礦產(chǎn)與地質(zhì);1990年03期

4 徐柏安;巖石的磁各向異性及其在地質(zhì)上的應(yīng)用[J];地質(zhì)與勘探;1990年06期

5 向仁生;關(guān)於鉻礬單晶的順磁各向異性[J];物理學(xué)報(bào);1957年03期

6 郭武林;巖石的磁各向異性[J];桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào);1986年04期

7 何開(kāi)元,熊湘沅;非晶合金帶制備態(tài)平面磁各向異性與技術(shù)磁性的關(guān)系[J];物理學(xué)報(bào);1991年11期

8 王建成;陳q誓

本文編號(hào)：2749128