NiFeCr／NiFe／MgO／Ta薄膜制备及热处理研究.docx

2630功能材料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(10nm)/MgO(4.0nm)/Ta(5.0nm)薄膜，并对薄膜进行真空磁场退火。退火后薄膜磁电阻变化率显著提高，400℃退火后达到3.02%,之后随着退火温度的升高，磁电阻变化率下降。XRD结果表明，薄膜不仅具有很强的NiFe(111)织构，同时还出现了MgO的(111)衍射峰。随退火温度的升高，MgO(111)衍射峰的强度有所降低。

关键词：MgO;NiFeCr;各向异性磁电阻；退火

中图分类号：O484.5文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.18.009

1引言

各向异性磁电阻(anisotropicmagnetoresistance,AMR)薄膜材料可用作测量磁场的磁传感器，和其它磁场传感器如霍尔器件、半导体磁敏电阻相比，AMR传感器具有灵敏度高、体积小、可靠性高、温度特性好以及易于与数字电路匹配等优点。它不仅可以应用于信息处理领域，同时在自动控制、航空航天、导航、军事等领域都有着广泛的应用-4]。此外，AMR薄膜可以在硅片上大量制备，并直接嵌入集成电路单元中，因此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。

对于实用化的磁传感器，要求在降低AMR薄膜厚度的同时，AMR薄膜仍有较大的△o/p值。通过合适的缓冲层、高温沉积和退火等方法可以改善坡莫合金薄膜的性能。研究表明对于Nig?Fe?9薄膜，良好的(111)织构和平整的界面均可有效提高其磁电阻变化率。W.Y.Lee等发现的新型缓冲层材料Nio.48Feo.12Cr?.4是效果非常好的缓冲层材料，以其为缓冲层制备的NiFe薄膜比使用传统材料Ta时磁电阻变化率有较大的提高[5,8]。NiFeCr缓冲层与NiFe层有较好的晶格匹配关系，可以诱导强的NiFe的(111)织构，并且NiFeCr/NiFe之间的界面平整，有利于传导电子在界面处发生镜面反射而提高其磁电阻变化率。最近丁雷等制备了Ta/Al?O?/NiFe/Al?O?/Ta

薄膜并进行退火处理，利用平整的Al?O?/NiFe及

NiFe/Al?O?界面对自旋电子所起到的“镜面反射”作用，大幅提高了NiFe薄膜的磁电阻变化率及磁场灵敏度7]。随后的研究发现以MgO代替Al?O?可以有更显著的效果[8]。插在Ta/NiFe的Al?O?(或者MgO)提高了材料的磁电阻变化率，但薄膜在制备态和较低温度退火后都没有观察到明显的NiFe衍射峰，随着退火温度的逐渐升高，从380℃开始NiFe开始出现单一的衍射峰，但衍射峰的强度较弱。而对传统的Ta/NiFe/Ta薄膜在整个退火温度区间，都能明显看到强

的NiFe(111)衍射峰，其衍射峰强度几乎不随退火温度发生变化。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，进一步提高NiFe薄膜的磁电阻变化率。因此，选用NiFeCr作为缓冲层，NiFeCr和NiFe的晶格参数相近，可以诱导强的NiFe的(111)织构。同时将MgO纳米氧化层插入到NiFeCr/NiFe/Ta薄膜中，利用纳米氧化层的镜面反射作用提高薄膜的性能。实验中，制备NiFeCr/NiFe/MgO/Ta薄膜并进行退火处理，预期NiFe层具有良好(111)织构，同时利用其上界面的“镜面反射”作用提高NiFe薄膜的性能。

2实验

实验样品通过美国ATC-1800F型磁控溅射仪制备。使用金属Ta靶、Nig?Fe,合金靶和MgO陶瓷靶制备Ta层、NigiFe??层和MgO层，NiFeCr层通过在