CN101620915B - 一种垂直磁各向异性薄膜 - Google Patents
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Abstract
一种垂直磁各向异性薄膜,其易磁化轴方向垂直于薄膜平面,属于磁性材料领域。其特征在于:薄膜组分为Tbx(Co2FeZ)y,其中Z为Al、Si等元素,Co2FeZ为半金属Heusler合金组分,Tb和Fe原子的比例x∶y为0.2<(x∶y)<2。本发明的优点在于:该薄膜具有高垂直磁各向异性场,可以通过控制原子组分比调节矫顽力,并显著低于传统垂直磁各向异性膜的矫顽力,因此它可以作为铁磁层应用于垂直自旋阀或磁隧道结中,应用时能够克服小尺寸下的磁卷缩和涡旋磁畴结构,且矫顽力可调,能够满足超高灵敏度和存储密度的磁传感器或存储器的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域,特别涉及一种新型垂直磁各向异性薄膜,其易磁化轴方向垂直于薄膜平面。
背景技术
近年来磁存储技术飞速发展,磁存储密度不断提高,存储单元的尺寸逐渐减小。目前使用的磁性金属纳米薄膜的磁化方向都是在膜面内,即具有平面内磁各向异性,这种薄膜的尺寸降低到亚微米以下时,会遇到一系列难题,例如:薄膜磁化卷缩(magnetization curling)、涡流磁化(Vortex magnetization),甚至超顺磁性等。针对这些问题,有学者提出了一种具有垂直膜面磁各向异性的磁性金属纳米多层膜[S.Maat et al.,Phys.Rev.Lett.87,087202(2001)],即磁各向异性的易轴垂直于膜面。这种薄膜可以进一步做成自旋阀或隧道结等,加工成亚微米甚至更小尺寸的元件时,可以同时克服平面内磁各向异性磁性膜的三大致命缺陷——磁化卷缩、涡流磁畴和超顺磁,能够解决磁存储技术发展所遇到的尺寸瓶颈问题。目前垂直磁各向异性薄膜主要有(Co/Pt)n,(Co/Ni)n,FePt和TbCoFe等结构(n表示双层膜重复次数)[H.Sakurai et al.,J.Appl.Phys.102,013902(2007)]。但迄今为止,所有垂直磁各向异性薄膜的性能都不是很理想,特别是它们的矫顽力过高,难以翻转,不适合用作计算机读出磁头或磁场传感器。例如目前最常用的TbCoFe材料,其矫顽力在1000Oe以上。
发明内容
本发明目的在于提供一种垂直磁各向异性薄膜Tbx(Co2FeZ)y,以获得一种易磁化轴垂直于薄膜平面方向的垂直磁各向异性薄膜,这种新型薄膜材料不仅能够克服小尺寸下的磁卷缩和涡旋磁畴结构,而且具有很低的矫顽力,非常适合用在新型磁性存储或传感器件中。
一种垂直磁各向异性薄膜,其组分为Tbx(Co2FeZ)y,其中Z为Al、Si等元素,Co2FeZ为半金属Heusler合金组分,Tb和Fe原子的比例x∶y为0.2<(x∶y)<2。
通过调节x∶y的比值,可以使薄膜的矫顽力在100Oe到2000Oe间调节,垂直磁各向异性场介于5000Oe到11000Oe区间,300℃退火后薄膜仍保持垂直磁各向异性。
本发明的优点在于:Tbx(Co2FeZ)y薄膜在x∶y为0.2<(x∶y)<2的范围内为垂直磁各向异性,具有高垂直磁各向异性场,通过控制Tb与Fe原子组分比x∶y使矫顽力在100Oe到2000Oe范围内可调,并显著低于TbCoFe等传统垂直磁各向异性膜的矫顽力。因此它可以作为铁磁层应用于垂直自旋阀或磁隧道结中,应用时能够克服小尺寸下的磁卷缩和涡旋磁畴结构,且矫顽力可调,能够满足超高灵敏度和存储密度的磁传感器或存储器的使用要求。
具体实施方式
根据上述薄膜组分,采用磁控共溅射法制备了下列12种Tbx(Co2FeZ)y薄膜,其特点是Z位置可以是Al、Si等元素,Co2FeZ为半金属Heusler合金组分。
序号 | 材料组分 | 易磁化轴方向 | 垂直磁各向异性场(Oe) | 矫顽力(Oe) |
1 | Tb(Co2FeAl)5 | 垂直膜面 | 11000 | 100 |
2 | Tb(Co2FeAl)4 | 垂直膜面 | 10000 | 200 |
3 | Tb(Co2FeAl)3 | 垂直膜面 | 9500 | 300 |
4 | Tb(Co2FeAl)2 | 垂直膜面 | 8500 | 1000 |
5 | TbCo2FeAl | 垂直膜面 | 6100 | 2000 |
6 | Tb2(Co2FeAl) | 垂直膜面 | 5000 | 2000 |
7 | Tb(Co2FeSi)3 | 垂直膜面 | 10000 | 400 |
8 | Tb(Co2FeSi)2 | 垂直膜面 | 9000 | 700 |
9 | TbCo2FeSi | 垂直膜面 | 7000 | 1000 |
10 | Tb2(Co2FeSi) | 垂直膜面 | 5500 | 1800 |
11 | Tb(Co2FeAl)3,300℃退火 | 垂直膜面 | 8000 | 250 |
12 | Tb(Co2FeSi)3,300℃退火 | 垂直膜面 | 7500 | 300 |
如上表所示,上述Tbx(Co2FeZ)y薄膜均呈垂直磁各向异性,垂直磁各向异性场介于5000Oe到11000Oe之间,随着Tb和Fe原子比例x∶y的减小,矫顽力减小。抽样测试表明,薄膜在300℃退火后仍保持垂直磁各向异性。
Claims (2)
1.一种垂直磁各向异性薄膜,其特征在于:薄膜组分为Tbx(Co2FeZ)y,其中Z为Al或Si元素,Co2FeZ为半金属Heusler合金组分,Tb与Fe原子比为x∶y,0.2<(x∶y)<2。
2.如权利要求1所述的垂直磁各向异性薄膜,其特征在于:薄膜的矫顽力在100Oe到2000Oe之间,薄膜的垂直磁各向异性场介于5000Oe到11000Oe区间,300℃退火后薄膜仍保持垂直磁各向异性。
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