CN102097104B - 交换耦合型纳米点的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可应用于高密度磁存储的纳米结构材料的制备方法，具体的说是一种交换耦合型纳米点的制备方法。该方法通过衬底的制备、双层膜沉积两个工艺步骤实现，它利用自组装的纳米胶体球阵列来制备尺寸可控、结构完整的FeNi/NiO的纳米结构阵列，具有边缘结构完整、存储性能好、交换偏置效应强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种可应用于高密度磁存储的纳米结构材料的制备方法，具体的说是一种交换耦合型纳米点的制备方法。
背景技术
双层膜交换偏置在信息存储及读取器件中起着非常重要的作用，不仅提高了巨磁电阻读出头的灵敏度，而且对于提高磁存储密度、有效地改善介质噪声以及增强记录介质的稳定性有着重要的作用。另外，它还是目前广为关注的磁随机存储器的基本结构。
交换偏置现象主要存在于铁磁-反铁磁体系和铁磁-亚铁磁体系中。随着信息产业的飞速发展，磁记录密度不断提高，铁磁-反铁磁双层膜纳米结构阵列的偏置效应也备受研究者青睐。对铁磁/反铁磁纳米结构阵列交换偏置效应研究表明，样品结构和形状的改变都会导致交换偏置的一些基本特征(偏置场、矫顽力、阻塞温度、磁锻炼效应等)的变化。
从制备方法上看，大部分的纳米结构都是通过刻蚀连续膜的方法得到的，上述方法这样不可避免对薄膜造成不同程度的破坏，其缺点和不足具体表现在：①边缘受伤严重，②影响存储性能、③交换偏置效应弱。制备出完整的、具有交换偏置效应得纳米点阵列，是目前重要研究课题之一。
发明内容
本发明的目的是旨在利用自组装的纳米胶体球阵列来制备尺寸可控、结构完整的FeNi/NiO的纳米结构阵列，提供一种边缘结构完整、存储性能好、交换偏置效应强的交换耦合型纳米点的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，该制备方法包括以下步骤：
①、衬底的制备，采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底。
②、双层膜沉积，采用溅射技术向①中制得的胶体阵列球面衬底上沉积FeNi/NiO双层膜，使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，从而在胶体球顶部获得具有交换偏置作用的交换耦合型纳米点。
在胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，薄膜的厚度沿小球球面逐渐减小，对于有薄膜的部分而言，位于小球任意一点上的薄膜的厚度为t＝t0sinθ，其中t0为胶体顶部薄膜的厚度，θ为该点至球心的连线与水平方向的夹角。
所述FeNi/NiO双层膜存在产生交换偏置效应的临界厚度tc，当薄膜厚度小于该临界厚度tc时，该双层膜不表现交换偏置效应；当薄膜厚度大于tc时，厚度大于tc部分的薄膜具有交换偏置效应。
所述向密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积薄膜时，阴影效应使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，穿过小球间隙沉积到衬底上的薄膜，由于厚度被削减了1/3而不具有交换偏置作用。
所述沉积FeNi/NiO双层膜薄膜厚度被控制在为25～35nm，产生交换偏置效应的临界厚度tc为23nm。
本发明具有以下优点和积极效果：
1、薄膜生长为制备过程最后一步，无需后续刻蚀过程，可以得到边界无损伤的交换偏置型纳米结构；
2、改变胶体球尺寸或薄膜的沉积厚度便可以控制纳米点的尺寸；
3、胶体球之间的磁性纳米结构对交换偏置效应无影响；
4、此方法可以应用到具有厚度依赖关系的各种性能材料。改变胶体球尺寸，可以控制具有一定物理性能纳米点的密度。
附图说明
图1为本发明胶体阵列球面衬底结构示意图。
图2为本发明密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积的薄膜厚度产生的阴影效应结构示意图。
图3为本发明胶体阵列球面衬底上沉积薄膜厚度关系示意图。
图4为本发明采用溅射技术向胶体阵列球面衬底上沉积FeNi/NiO双层后获得交换偏置型纳米膜结构示意图。
具体实施方式
首先采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底(附图1所示)。
由附图2所示：然后采用溅射技术向制得的胶体阵列球面衬底上沉积FeNi/NiO双层膜，使得小球间隙的薄膜厚度仅为小
球顶部薄膜厚度的2/3，从而在胶体球顶部获得具有交换偏置作用的交换耦合型纳米点。图2右侧为双层膜的微观放大结构示意图。
所述向密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积薄膜时，阴影效应使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，穿过小球间隙沉积到衬底上的薄膜，由于厚度被削减了1/3而不具有交换偏置作用。
由附图3所示：所述胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，薄膜的厚度沿球面逐渐减小，其厚度关系式为t＝t0sinθ；
由附图4所示：所述FeNi/NiO双层膜存在产生交换偏置效应的临界厚度tc，当薄膜厚度小于该临界厚度tc时，该双层膜不表现交换偏置效应；当薄膜厚度大于tc时，厚度大于tc部分的薄膜具有交换偏置效应。
所述沉积FeNi/NiO双层膜薄膜厚度被控制在为25～35nm，产生交换偏置效应的临界厚度tc为23nm。
Claims (5)
1.一种交换耦合型纳米点的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
①、衬底的制备，采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底；
②、双层膜沉积，采用溅射技术向①中制得的胶体阵列球面衬底上沉积FeNi/NiO双层膜，使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，从而获得具有交换偏置作用的交换耦合型纳米点。
2.根据权利要求1所述的一种交换耦合型纳米点的制备方法，其特征在于：在胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，薄膜的厚度沿小球球面逐渐减小，对于有薄膜的部分而言，位于小球任意一点上的薄膜的厚度为t＝t0sinθ，其中t0为胶体顶部薄膜的厚度，θ为该点至球心的连线与水平方向的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种交换耦合型纳米点的制备方法，其特征在于：所述FeNi/NiO双层膜存在产生交换偏置效应的临界厚度tc，当薄膜厚度小于该临界厚度tc时，该双层膜不表现交换偏置效应；当薄膜厚度大于tc时，厚度大于tc部分的薄膜具有交换偏置效应。
4.根据权利要求1所述的一种交换耦合型纳米点的制备方法，其特征在于：所述单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，阴影效应使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，穿过小球间隙沉积到衬底上的薄膜，由于厚度被削减了1/3而不具有交换偏置作用。
5.根据权利要求1所述的一种交换耦合型纳米点的制备方法，其特征在于：所述沉积FeNi/NiO双层膜薄膜厚度被控制为25～35nm，产生交换偏置效应的临界厚度tc为23nm。
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| CN101244803A (zh) * | 2008-03-20 | 2008-08-20 | 南京大学 | 一种制备合金相变材料纳米点阵的方法 |
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