CN100452255C - 具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料及其制备方法，该材料采用真空沉积镀膜法和再退火的工艺，制备出包括在基片上依次设置缓冲层、铁磁层和一反铁磁层，或者在缓冲层设置反铁磁层再设置铁磁层和一保护层。该钉扎体系引入L1₀有序相反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎材料。该材料相对于已有的反铁磁材料(比如FeMn、IrMn、NiMn和PtMn等)制成的铁磁/反铁磁体系，具有非常好的热稳定性，大的交换偏置场以及优越的抗腐蚀性，加之成分范围广，是另一种非常理想的反铁磁钉扎材料。其制备方法简单，适于工业化生产。

Description

具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁电子学器件的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜：特别是涉及一种可直接应用于以自旋阀、磁性隧道结为核心的磁头和磁性随机存储器(MRAM)，或还可应用于垂直磁记录介质的底部软磁层的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料及制备方法。

背景技术

具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜是自旋阀和磁性隧道结的核心组成部分之一，其主要功能是通过反铁磁层对铁磁层的钉扎作用，使该铁磁层的磁矩方向不随外磁场变化，作为磁性的参考层(文献Phys.Rev.B 43，1297(1991)和IEEECircuits Devices Mag.18，17(2002))，而通过非磁金属或绝缘势垒层与之隔离的另一铁磁层在外磁场作用下，其磁矩方向可任意翻转，从而实现巨磁电阻效应或隧穿磁电阻效应；在垂直磁记录介质中，对底部软磁层通过反铁磁钉扎可减小磁噪声。从实际应用的角度，钉扎作用对反铁磁要求是：较大的耦合强度，较高的截止温度，较薄的厚度，良好的抗腐蚀性。用于实际的反铁磁材料包括Fe₂O₃、NiO和CO_xNi_1-xO等氧化物以及Mn系的反铁磁材料，如FeMn，IrMn，NiMn和PtMn等(文献J.Magn.Magn.Mater.192，203(1999))。基于氧化物反铁磁材料的交换偏置系统钉扎场太小，它们基本不能应用于实用化的自旋阀和磁性隧道结中；Mn系的反铁磁材料能产生比较大的钉扎场，但它们的截止温度至多也不过400℃左右(文献J.Magn.Magn.Mater.192，203(1999))，由它们构成的铁磁/反铁磁钉扎体系热稳定性差。近来，以MgO为势垒层的磁性隧道结发展迅速，在360℃左右温度下退火，其室温TMR可高达230％(文献Appl.Phys.Lett.86，092502(2005))；而且在MRAM的制作工艺中，与磁隧道结配套的CMOS电路也需要400℃左右的处理过程，所有这些都接近或超过了目前反铁磁钉扎材料的承受极限，将破坏反铁磁材料乃至磁隧道结的性能，是制约其发展的严重障碍之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，该多层膜引入L1₀有序相反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎材料，相对于已有的反铁磁材料(比如FeMn、IrMn、NiMn和PtMn等)制成的铁磁/反铁磁多层膜，该反铁磁材料构成的铁磁/反铁磁多层膜具有非常好的热稳定性，大的交换偏置场以及优越的抗腐蚀性，其性能远远优于目前在自旋阀和磁性隧道结中常用的反铁磁材料PtMn，加之成分范围广，是另一种非常理想的反铁磁钉扎材料。

本发明的另一目的在于：提供一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置一缓冲层，其特征在于：还包括一铁磁层，所述的铁磁层设置在缓冲层上；和一反铁磁层，该反铁磁层设置在铁磁层上；

所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06。

本发明提供的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置的一缓冲层，其特征在于：还包括一反铁磁层，所述的反铁磁层设置在缓冲层上，和一铁磁层，该铁磁层设置在反铁磁层上；以及一保护层设置在铁磁层上；

所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；

所述的保护层选自：过渡金属如Ta、Pt、Cu或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO。该保护层厚度为1nm-100nm，可防止铁磁层氧化。

在上述技术方案中，所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。

在上述技术方案中，所述的缓冲层选自：过渡金属如Ta、Pt、Cr或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO的任一种。其中缓冲层厚度为1nm-20nm；该缓冲层用于控制薄膜的平整度，有时也用于诱导铁磁层和反铁磁层的晶体织构。

在上述技术方案中，所述的铁磁层选自：Ni、Co、Fe或它们组成的任何二元或三元合金；其中铁磁层厚度为1nm-100nm。

在上述技术方案中，所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5+δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06，总厚度为6nm-100nm。

本发明提供的制备具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，包含以下步骤：

(1)采用真空沉积镀膜法，在本底真空度优于10^-4Pa，且惰性气氛的沉积工作气压为0.2～10Pa；依次在基片上沉积缓冲层、一铁磁层和一反铁磁层；所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；其中所述缓冲层沉积的厚度为1nm-20nm，所述铁磁层厚度为1nm-100nm，所述的反铁磁层(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)的总厚度为6nm-100nm；

(2)将步骤(1)所获得制备态的多层膜材料，置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300～500℃、退火时间为0.1～20小时、本底真空度优于10^-3Pa；步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过步骤(2)退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性，制备出本发明的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料。

本发明提供的制备具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，包含以下步骤：

(1)采用真空沉积镀膜法，在本底真空度优于10^-4Pa，且惰性气氛的沉积工作气压为0.2～10Pa下；依次在基片上沉积缓冲层、一反铁磁层、一铁磁层和保护层；其中沉积缓冲层厚度为1nm-20nm，所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06的总厚度为6nm-100nm，所述的铁磁层厚度为1nm-100nm，所述的保护层选自：过渡金属如Ta、Pt、Cu或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO，其厚度为1nm-100nm；

(2)将步骤(1)所获得制备态的多层膜材料，置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300～500℃、退火时间为0.1～20小时、本底真空度优于10^-3Pa；步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过步骤(2)退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性，制备出本发明的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料。

在上述技术方案中，所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。

在上述技术方案中，所述的缓冲层选自：过渡金属如Ta、Pt、Cr或Au，合金如NiFeCr，或氧化物如MgO的任一种。其中缓冲层厚度为1nm-20nm；该缓冲层用于控制薄膜的平整度，有时也用于诱导铁磁层和反铁磁层的晶体织构。

在上述技术方案中，所述的铁磁层选自：Ni、Co、Fe或它们组成的任何二元或三元合金；其中铁磁层厚度为1nm-100nm。

在上述技术方案中，所述的惰性气氛选自：氮气或氩气。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明提供的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜，通过引入L1₀有序相反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎层。相对于PtMn，此反铁磁材料的交换偏置场增强了20％。

2、本发明引入L1₀有序相反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎层。当x在0.3-0.6之间，同时Cr_1-xMn_x与Pt原子比接近于1，(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ的交换偏置场和截止温度达到最大值。但只要|δ|＜0.06，其磁性能下降不超过10％。故在很广的成分内，(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ的磁性能保持稳定。这也使得(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ膜内的小幅成分起伏基本不影响其磁性能。

3、本发明提供的铁磁/反铁磁多层膜钉扎体系，通过引入L1₀有序相的反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)作为钉扎层，显著增强了体系的热稳定性，其截止温度可高达700℃。另外，由于Pt和Cr的化学稳定性都极强，故(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ抗腐蚀性非常好；

4.本发明提供的反铁磁材料构成的铁磁/反铁磁多层膜具有非常好的热稳定性，大的交换偏置场以及优越的抗腐蚀性，其性能远远优于目前在自旋阀和磁性隧道结中常用的反铁磁材料PtMn，加之成分范围广，是另一种非常理想的可用于磁头和磁性随机存储器(MRAM)的反铁磁钉扎材料。

5、本发明提供的铁磁/反铁磁多层膜钉扎体系制备方法，通过控制反铁磁层中Cr、Mn、Pt的原子比及反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)层的沉积厚度，可以在较薄的反铁磁厚度下获得对铁磁层较大的钉扎，同时其退火条件、抗腐蚀性、热稳定性以及电阻率均比较理想，因此该方法的工艺操作简单易行，重复性好，适于工业化生产。

附图说明：

图1(a)为本发明涉及的铁磁/反铁磁多层膜钉扎体系的一种结构示意图

图1(b)为本发明涉及的铁磁/反铁磁多层膜钉扎体系的另一种结构示意

图2(a)为本发明实施例1和4的样品结构示意图

图2(b)为本发明实施例3和5的样品结构示意图

图3为本发明实施例1样品在退火前后的磁滞回线图，其中○表示退火前，●表示在340℃，5小时真空退火后；

图4为本发明实施例1退火样品的钉扎场H_E(●)及矫顽力H_C(○)对温度的依赖关系图；

图面说明：

1-基片        2-缓冲层    3-铁磁层

4-反铁磁层    5-保护层

具体实施方式：

下面结合实施例与附图对本发明进行详细地说明

实施例1

参考图2a所示，本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的结构是：

采用玻璃做基片1；在玻璃基片1上设置一层Ta金属的缓冲层2，其缓冲层2厚度为4nm；在缓冲层2上设置一层铁磁层Co_0.9Fe_0.1 3，其厚度为12nm；一反铁磁层多层膜[Pt/Cr_0.5Mn_0.5]4设置在铁磁层Co_0.9Fe_0.1 3上，其中Pt厚度为1.26nm，Cr_0.5Mn_0.5厚度为1nm，总厚度约为27nm，此时Cr_0.5Mn_0.5与Pt的原子比为1。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。

实施例2

通过本实施例制备铁磁/反铁磁多层膜钉扎体系的方法，对制备Co-Fe铁磁/Pt-Cr_0.5Mn_0.5反铁磁多层膜钉扎材料的结构进行详细说明：

本实施例制备Co-Fe铁磁/Pt-Cr_0.5Mn_0.5反铁磁多层膜材料的步骤如下：

1).首先采用真空沉积镀膜法，如磁控溅射方法，本底真空度优于10^-5Pa，且惰性气氛下的沉积工作气压为0.5Pa，在Si或玻璃基片1上依次镀上Ta金属缓冲层2，沉积Ta金属缓冲层2的厚度为4nm，一Co_0.9Fe_0.1铁磁层3，其Co_0.9Fe_0.1铁磁层3的厚度为12nm，再沉积一层有十二个周期的多层膜[Pt(厚度为1.26nm)/Cr_0.5Mn_0.5(厚度为1nm)]的反铁磁层4，其总厚度约为27nm，如图2a所示；

2).然后将步骤1)制备态的Co-Fe铁磁/Pt-Cr_0.5Mn_0.5反铁磁多层膜材料置于磁场强度约为10²～10³奥斯特的外加磁场下，且本底真空度优于10^-1Pa，在340℃下退火5小时。由于系统中多层膜的Cr_0.5Mn_0.5层和Pt层都很薄，在退火过程中Cr_0.5Mn_0.5层和Pt层互相扩散，从而使制备态时的[Pt/Cr_0.5Mn_0.5]多层膜转变成为了L1₀有序的反铁磁相，制备出本发明的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料。该材料用振动样品磁强计测量其磁滞回线(如图3所示)，以及钉扎场H_E、矫顽力H_C对温度的依赖特性(如图4所示)，证明该材料具有大的各向异性和非常好的热稳定性。

图3为本实施例的样品在退火前和在340℃，5小时真空退火后用振动样品磁强计测量的磁滞回线，退火前样品的矫顽力约为22奥斯特，没有钉扎场，而退火后其产生了291奥斯特的钉扎场，同时矫顽力增至100奥斯特。图4为该退火样品的钉扎场H_E及矫顽力H_C对温度的依赖关系，在温度低于300℃时，钉扎场变化很小。温度至450℃，钉扎场仍达163奥斯特，同时矫顽力降为84奥斯特。样品的截至温度高达700℃，比其它的钉扎体系(J.Magn.Magn.Mater.192，203(1999)；Handbook of magnetic materials，(North-Holland，Amsterdam，1999)，Vol.15，pp.157-166.)的截至温度高出300℃以上，热稳定性非常好。

实施例3：

如图2b所示，制备一具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的结构是：

在玻璃的基片1上依次设置；Ta金属的缓冲层2，其厚度为1nm；反铁磁层多层膜为[Pt/Cr_0.5Mn_0.5]4，其中Pt厚度为1.26nm，Cr_0.5Mn_0.5厚度为1nm，总厚度约为30nm，此时Cr_0.5Mn_0.5与Pt的原子比为1；铁磁层Co_0.9Fe_0.1 3，其厚度为12nm，以及Ta金属的保护层5，其厚度为3nm。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。本实施例样品的磁性能与实施例1样品的磁性能基本相同。

本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的方法如下：

(1)采用真空沉积镀膜法如磁控溅射方法，其中本底真空气压为10^-4Pa-10^-5Pa，且在氮气惰性气氛下的沉积工作气压为0.2～10Pa；在玻璃基片1上依次沉积一层1nm厚的Ta金属的缓冲层2，在缓冲层2上设置一反铁磁层多层膜[Pt/Cr_0.5Mn_0.5]4，其中Pt厚度为1.26nm，Cr_1-xMn_x厚度为1nm，总厚度约为30nm，此时Cr_0.5Mn_0.5与Pt的原子比为1；一层厚度为12nm的铁磁层Co_0.9Fe_0.13设置在反铁磁层多层膜[Pt/Cr_0.5Mn_0.5]4上；最后是一层厚度为3nm的保护层Ta 5；

(2)将步骤(1)所获得的多层膜体系置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为500℃，退火时间为1小时、退火过程中本底真空保持在10^-4Pa-10^-5Pa；由步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_0.5Mn_0.5)_0.5Pt_0.5薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性。

实施例4：

如图2a所示，铁磁/反铁磁多层膜材料的结构依次是：基片Si 1；缓冲层(Ni_0.8Fe_0.2)_XCr_1-X 2，其中0.5≤X≤0.7，其厚度为5nm；铁磁层Ni_0.8Fe_0.2 3，其厚度为10nm；反铁磁层多层膜[Pt/Cr_1-xMn_x]4，其中0.3≤X≤0.6，Pt厚度为1.26nm，Cr厚度为1nm，总厚度约为50nm，此时Cr_1-xMn_x与Pt的原子比为1。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。

本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的方法如下：

(1)采用真空沉积镀膜法如磁控溅射方法，其中本底真空气压为10^-4Pa-10^-5Pa，且在氩气惰性气氛下的沉积工作气压为0.2～10Pa；在Si基片1上依次沉积一层5nm厚的(Ni_0.8Fe_0.2)_XCr_1-X金属的缓冲层2，其中0.5≤X≤0.7；在缓冲层2上设置一厚度为10nm的铁磁层Ni_0.8Fe_0.2 3；一层厚度为30nm反铁磁层多层膜[Pt/Cr_1-xMn_x]4设置在Ni_0.8Fe_0.2 3上，其中0.3≤X≤0.6，Pt厚度为1.26nm，Cr厚度为1nm，此时Cr_0.5Mn_0.5与Pt的原子比为1。

(2)将步骤(1)所获得的多层膜体系置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为400℃，退火时间为3小时、退火过程中本底真空保持在10^-4Pa-10^-5Pa；由步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性。

实施例5：

如图2b所示，铁磁/反铁磁多层膜材料的结构依次是：基片Si 1；缓冲层(Ni_0.8Fe_0.2)_XCr_1-X2，其中0.5≤X≤0.7，其厚度为5nm；反铁磁层多层膜[Pt/Cr_1-xMn_x]4，其中0.3≤X≤0.6，Pt厚度为1.26nm，Cr厚度为1nm，总厚度约为30nm，此时Cr_1-xMn_x与Pt的原子比为1；铁磁层Ni_0.5Co_0.5 3，其厚度为6nm以及保护层Pt 5，其厚度为1nm。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。

本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的方法如下：

(1)采用真空沉积镀膜法如磁控溅射方法，其中本底真空气压为10^-4Pa-10^-5Pa，且在氮气惰性气氛下的沉积工作气压为0.2～10Pa；在Si基片1上依次沉积一层5nm厚的(Ni_0.8Fe_0.2)_XCr_1-X金属的缓冲层2，在缓冲层2上设置一反铁磁层多层膜[Pt/Cr_1-xMn_x]4，其中Pt厚度为1.26nm，Cr_1-xMn_x厚度为1nm，总厚度约为30nm，此时Cr_1-xMn_x与Pt的原子比为1；一层厚度为6nm的铁磁层Ni_0.5Co_0.53设置在反铁磁层多层膜[Pt/Cr_1-xMn_x]4上；最后是一层厚度为1nm的保护层Pt 5。

(2)将步骤(1)所获得的多层膜体系置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300℃，退火时间为20小时、退火过程中本底真空保持在10^-4Pa-10^-5Pa；由步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性。

实施例6：

如图1a所示，铁磁/反铁磁多层膜材料的结构是：Si的基片1和在Si的基片1依次沉积；Pt的缓冲层2，其厚度为10nm；Co的铁磁层3，其厚度为100nm；(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ的反铁磁层4，其厚度为25nm，其中0.3≤X≤0.6；|δ|＜0.06。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。本实施例样品的磁性能与实施例1样品的磁性能基本相同。

本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的方法如下：

(1)采用真空沉积镀膜法如磁控溅射方法，其中本底真空气压为10^-4Pa-10^-5Pa，且在氩气惰性气氛下的沉积工作气压为0.2～10Pa；在Si基片1上依次沉积一层10nm厚的Pt金属的缓冲层2；在缓冲层2上设置一厚度为100nm的铁磁层Co 3；一层厚度为25nm反铁磁(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ4设置在Co 3上，其中0.3≤X≤0.6；|δ|＜0.06。

(2)将步骤(1)所获得的多层膜体系置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为360℃，退火时间为5小时、退火过程中本底真空保持在10^-4Pa-10^-5Pa；由步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性。

实施例7：

如图1b所示，铁磁/反铁磁多层膜材料的结构依次是：Si的基片1；Au的缓冲层2，其厚度为5nm；(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ的反铁磁层4，其厚度为20nm，其中0.3≤X≤0.6；|δ|＜0.06；Ni的铁磁层3，其厚度为10nm以及Ta金属的保护层5，其厚度为100nm。上述各层厚度或成分均为真空沉积样品时的值。

本实施例制作的铁磁/反铁磁多层膜的方法如下：

(1)采用真空沉积镀膜法如磁控溅射方法，其中本底真空气压为10^-4Pa-10^-5Pa，且在氮气惰性气氛下的沉积工作气压为0.2～10Pa；在Si基片1上依次沉积一层5nm厚的Au金属的缓冲层2，在缓冲层2上设置一反铁磁层(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ4，其厚度为20nm，其中0.3≤X≤0.6；|δ|＜0.06；一层厚度为100nm的铁磁层Ni 3设置在反铁磁层多层膜(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ4上；最后是一层厚度为100nm的保护层Ta 5。

(2)将步骤(1)所获得的多层膜体系置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为360℃，退火时间为5小时、退火过程中本底真空保持在10^-4Pa-10^-5Pa；由步骤(1)所获得的真空沉积的(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ(0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06)薄膜不具有L1₀有序相，无反铁磁性，经过退火后，其形成L1₀有序相，呈现反铁磁性。

Claims (13)

1、一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置一缓冲层，其特征在于：还包括一铁磁层，所述的铁磁层设置在缓冲层上；和一反铁磁层，该反铁磁层设置在铁磁层上；

所述的反铁磁层为L1₀有序相(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06，所述的反铁磁层的总厚度为6nm-100nm。

2.根据权利要求1所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。

3.根据权利要求1所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的缓冲层选自：过渡金属Ta、Pt、Cr或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO；其中缓冲层厚度为1nm-20nm。

4.根据权利要求1所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的铁磁层选自：Ni、Co、Fe或它们组成的二元或三元合金；其中厚度为1nm-100nm。

5.一种具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，包括一基片和基片上设置的一缓冲层，其特征在于：还包括一反铁磁层，所述的反铁磁层设置在缓冲层上；和一铁磁层，该铁磁层设置在反铁磁层上；以及一保护层设置在铁磁层上；

所述的反铁磁层为L1₀有序相(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；所述的反铁磁层的总厚度为6nm-100nm；

所述的保护层选自：过渡金属Ta、Pt、Cu或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO。

6.根据权利要求5所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的基片的材料选自硅、玻璃或其它化学性能稳定且表面平整的物质的任一种。

7.根据权利要求5所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的缓冲层选自：过渡金属Ta、Pt、Cr或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO；其中缓冲层厚度为1nm-20nm。

8.根据权利要求5所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的铁磁层选自：Ni、Co、Fe或它们组成的二元或三元合金；其中厚度为1nm-100nm。

9.根据权利要求5所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料，其特征在于：所述的保护层厚度为1nm-100nm。

10、一种制备权利要求1或5所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)采用真空沉积镀膜法，在本底真空度优于10^-4Pa，且惰性气氛的沉积工作气压为0.2～10Pa下；依次在基片上沉积缓冲层、一铁磁层和一反铁磁层，或者依次在基片上沉积缓冲层、一反铁磁层、一铁磁层和保护层；

所述的反铁磁层为(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；

其中沉积缓冲层厚度为1nm-20nm，铁磁层厚度为1nm-100nm，所述的反铁磁层(Cr_1-xMn_x)_0.5+δPt_0.5-δ的总厚度为6nm-100nm，其中0.3≤x≤0.6；|δ|＜0.06；保护层厚度为1nm-100nm；

(2)将步骤(1)所获得的多层膜材料，置于普通强度的外加磁场下真空退火，其中退火温度为300～500℃、退火时间为0.1～20小时、本底真空度优于10^-3Pa，制备出具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料；

所述的保护层选自：过渡金属Ta、Pt、Cu或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO。

11、根据权利要求10所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，其特征在于，所述的缓冲层选自：过渡金属Ta、Pt、Cr或Au，或合金NiFeCr，或氧化物MgO。

12、根据权利要求10所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，其特征在于，所述的铁磁层选自：Ni、Co、Fe或它们组成的二元或三元合金。

13、根据权利要求10所述的具有钉扎的铁磁/反铁磁多层膜材料的方法，其特征在于，所述的惰性气氛选自：氮气或氩气。

Images