NiFeCr／NiFe／MgO／Ta薄膜制备和热处理研究.pdf

能 财 料 2013年第18期(44)卷 文章编号：1001—9731(2013)18—2630—03 NiFeCr／NiFe／MgO／Ta薄膜制备及热处理研究 李明华，李 伟，滕 蛟 ，于广华 (北京科技大学 材料学院材料物理与化学系，北京 100083) 摘 要 ： 采 用磁 控 溅射 制 备 了 NiFeCr(4．5nm)／ NiFe／A1O 界面对 自旋电子所起到的 “镜面反射”作 NiFe(10nm)／MgO(4．0nm)／Ta(5．0nm)薄膜，并对薄 用 ，大幅提高了NiFe薄膜的磁 电阻变化率及磁场灵敏 膜进行真空磁场退火。退火后薄膜磁 电阻变化率显著 度 ]。随后的研究发现以MgO代替 Al。(_)。可以有更 提 高，400。C退火后达到 3．O2 ，之后随着退火温度的 显著的效果 ]。插在Ta／NiFe的AlO。(或者 MgO) 升高，磁 电阻变化率下降。xRD结果表 明，薄膜不仅 提高了材料的磁 电阻变化率 ，但薄膜在制备态和较低 具有很 强的 NiFe(111)织构。同时还 出现 了MgO 的 温度退火后都没有观察到明显的NiFe衍射峰，随着退 (111)衍射峰 。随退 火温度 的升高，MgO(111)衍射峰 火温度的逐渐升高 ，从 380。C开始 NiFe开始 出现单一 的强度有所降低 。 的衍射峰，但衍射峰的强度较弱。而对传统 的 Ta／ 关键词： MgO；NiFeCr；各向异性磁 电阻；退火 NiFe／Ta薄膜在整个退火温度区间，都能明显看到强 中图分类号 ： O484．5 文献标识码 ：A 的NiFe(111)衍射峰，其衍射峰强度几乎不随退火温 DOI：10．3969／．issn2013．18．009 度发生变化。从材料设计角度考虑 ，希望不降低 NiFe 织构的同时发挥纳米氧化层的镜面反射作用 ，进一步 1 引 言 提高 NiFe薄膜的磁 电阻变化率 。因此 ，选用 NiFeCr 各向异性磁 电阻 (anisotropicmagnetoresistance， 作为缓冲层 ，NiFeCr和 NiFe的品格参数相近，可以诱 AMR)薄膜材料可用作测量磁场的磁传感器 ，和其它 导强的NiFe的(111)织构。同时将 MgO纳米氧化层 磁场传感器如霍尔器件、半导体磁敏 电阻相 比，AMR 插入到 NiFeCr／NiFe／Ta薄膜 中，利用纳米氧化层 的 传感器具有灵敏度高、体积小、可靠性高、温度特性好 镜面反 射 作 用提 高 薄 膜 的性 能 。实验 中，制 备 以及易于与数字电路匹配等优点。它不仅可 以应用于 NiFeCr／NiFe／MgO／Ta薄膜 并进行退火处理，预期 信息处理领域 ，同时在 自动控制、航空航天、导航 、军事 NiFe层具有 良好 (1l1)织构，同时利用其上界面的 “镜 等领域都有着广泛 的应用口]。此外，AMR薄膜可以 面反射”作用提高 NiFe薄膜的性能。 在硅片上大量制备 ，并直接嵌入集成 电路单元中，因此 2 实 验 可 以实现磁传感器和其它电路或系统部件之 间的一体 化组装 。 实验样 品通过美 国ATC一1800F型磁控溅射仪制 对于实用化 的磁传感器，要求在 降低 AMR薄膜 备。使用金属 Ta靶 、Ni。Fe。。合金靶和 MgO 陶瓷靶 厚度的同时，AMR薄膜仍有较大的@ ／p值 。通过合 制备 Ta层 、NiFe。层和 MgO层 ，NiFeCr层通过在 适 的缓冲层 、高温沉积和退火等方法可 以改善坡莫合