一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁記錄介質和磁性薄膜材料技術領域，具體的說是涉及一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法。
【背景技術】
[0002]交換偏置效應是自旋閥巨磁電阻、硬盤磁頭和磁隨機存儲器等器件所用到的關鍵物理基礎之一。對鐵磁(FM)/反鐵磁(AFM)薄膜系統(tǒng)中交換偏置效應的研宄是磁電子學中一個重要的課題。其中以巨磁電阻(Giant magnetoresistance，GMR)磁性多層膜為讀取磁頭的硬盤，在短短十幾年內磁記錄密度已經(jīng)提高到數(shù)百Gbits/in2。因此具有交換偏置效應的自旋閥多層膜也被認為最有潛力的巨磁電阻系統(tǒng)。
[0003]然而在交換偏置系統(tǒng)中，交換偏置通常會隨著連續(xù)不斷地反復磁化而逐漸地減小，這種退化現(xiàn)象被稱為“鍛煉效應”。磁鍛煉效應的存在嚴重影響磁電阻器件的性能，因此在實際的器件中減小或者消除磁鍛煉效應具有重要的意義。值得注意的是，磁鍛煉效應只是出現(xiàn)在反鐵磁層為多晶的鐵磁/反鐵磁交換偏置體系中，而在反鐵磁層為單晶的鐵磁/反鐵磁交換偏置體系中，磁鍛煉效應很小。
[0004]在實際生產中，為消除交換偏置體系中的磁鍛煉效應，只有使用單晶的反鐵磁層。在工藝上，單晶的生產較為復雜，成本也較高，不利于提高生產效率。因此，尋求更為高效的制備無磁鍛煉效應的交換偏置體系方法，對于工業(yè)化生產具有重要意義。本發(fā)明提供了一種無磁鍛煉效應交換偏置體系及其制備方法，工藝簡單，易于控制，適合工業(yè)化生產。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述技術問題，提供一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法，其工藝簡單，可控性強，顆粒分散度好，顆粒尺寸較為均勻，適用于工業(yè)化生產。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法，利用離子注入技術，將鐵磁性的Fe納米顆粒注入到反鐵磁性的Cr母體中或將反鐵磁性的Cr納米顆粒注入到鐵磁性的Fe母體中，形成核-基底結構交換偏置體系。
[0007]一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、核-基體結構交換偏置體系基體的制備
a.選擇高純金屬靶材，將靶材裝入磁過濾真空陰極電弧沉積室，
b.選擇玻璃或者單晶硅中的任一種作為用于沉積基體的襯底，將襯底清洗后放入磁過濾真空陰極電弧沉積室樣品臺；安裝好弧源，待沉積室內的本底真空小于5.0X KT4Pa時，通過調節(jié)脈沖電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、靶束流以及沉積時間，依次在襯底上沉積一定厚度緩沖層和基體層；
步驟二、向基體中注入納米顆粒形成核-基體結構交換偏置體系
c.將步驟b中沉積好的基體移入離子注入室，安裝好離子源，待離子注入室內本底真空小于5.0X KT4Pa時，調節(jié)注入加速電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、離子束電流、注入劑量進行注入，得到核-基體結構交換偏置體系，注入完畢后，將核-基體結構交換偏置體系轉移到磁過濾真空陰極電弧沉積室，調節(jié)通過調節(jié)脈沖電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、靶束流以及沉積時間，在得到的核-基體結構交換偏置鍍上一層厚度為l~10nm的防氧化保護膜，備用；
步驟三、退火
d.將步驟c中制備的核-基體結構交換偏置體系放入真空退火爐中進行退火，所述退火溫度為200~800°C，退火時間為0.5-24小時，退火爐真空度小于1.0X l(T4Pa。
[0008]所述步驟a中采用純度達到99.5%以上的金屬革巴材。
[0009]所述步驟a中采用的高純金屬靶材包含鐵磁性金屬靶材和緩沖層靶材；其中鐵磁性革[I材為Fe ;所述緩沖層革El材為金屬Ta、Pt、Cu、Ag或Au中的任一種，所述步驟c中采用的的離子源為Cr。
[0010]所述步驟a中采用的高純金屬靶材包含非鐵磁性靶材和緩沖層靶材，其中非鐵磁性革[I材為Cr，所述緩沖層革El材為金屬Ta、Pt、Cu、Ag或Au中的任一種，所述步驟c中采用的離子源為Fe。
[0011]所述步驟b中，脈沖電壓為-500V的矩形脈沖電壓，占空比為50%，弧電壓為40-100V,弧電流大小為150mA~350mA，觸發(fā)頻率為l~10Hz，靶束流為1.5-4.5mA，緩沖層沉積時間為10~30s，緩沖層厚度為lnm~10nm，基體沉積時間為100s~1000s，基體厚度為10nm?300nmo
[0012]所述步驟c中注入加速電壓為10keV~80keV，弧電壓為40~100V，弧電流大小為150mA~350mA，觸發(fā)頻率為l~10Hz，離子束電流為1.5-4.5mA，注入劑量為I X 115Cm 2~1 X 1018cm 2。
[0013]所述步驟d中，在退火過程中施加一個與薄膜平面方向夾角為0~180°、大小為0~15000e的磁場，用于誘導薄膜易軸方向。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明工藝簡單，可控性強，顆粒分散度好，顆粒尺寸較為均勻，適用于工業(yè)化生產，且得到的核-基體交換偏置體系，無磁鍛煉效應。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明建立的實施例1的AFM/MFM圖。
[0016]圖2是本發(fā)明建立的實施例1的在室溫下循環(huán)測量的第I次和第11次磁滯回線圖。
[0017]圖3是本發(fā)明建立的實施例2的AFM/MFM圖。
[0018]圖4是本發(fā)明建立的實施例2的在室溫下循環(huán)測量的第I次和第11次磁滯回線圖。
[0019]圖5是本發(fā)明建立的實施例3的AFM/MFM圖。
[0020]圖6是本發(fā)明建立的實施例3的在室溫下循環(huán)測量的第I次和第11次磁滯回線圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖所示，一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法，利用離子注入技術，將鐵磁性的Fe納米顆粒注入到反鐵磁性的Cr母體中或將反鐵磁性的Cr納米顆粒注入到鐵磁性的Fe母體中，形成核-基底結構交換偏置體系。
[0022]一種無磁鍛煉效應交換偏置體系的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、核-基體結構交換偏置體系基體的制備
a.選擇高純金屬靶材，將靶材裝入磁過濾真空陰極電弧沉積室，
b.選擇玻璃或者單晶硅中的任一種作為用于沉積基體的襯底，將襯底清洗后放入磁過濾真空陰極電弧沉積室樣品臺；安裝好弧源，待沉積室內的本底真空小于5.0X KT4Pa時，通過調節(jié)脈沖電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、靶束流以及沉積時間，依次在襯底上沉積一定厚度緩沖層和基體層；
步驟二、向基體中注入納米顆粒形成核-基體結構交換偏置體系
c.將步驟b中沉積好的基體移入離子注入室，安裝好離子源，待離子注入室內本底真空小于5.0X KT4Pa時，調節(jié)注入加速電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、離子束電流、注入劑量進行注入，得到核-基體結構交換偏置體系，注入完畢后，將核-基體結構交換偏置體系轉移到磁過濾真空陰極電弧沉積室，調節(jié)通過調節(jié)脈沖電壓、弧電壓、弧電流、觸發(fā)頻率、靶束流以及沉積時間，在得到的核-基體結構交換偏置鍍上一層厚度為l~10nm的防氧化保護膜，備用；
步驟三、退火
d.將步驟c中制備的核-基體結構交換偏置體系放入真空退火爐中進行退火，所述退火溫度為200~800°C，退火時間為0.5-24小時，退火爐真空度小于1.0X l(T4Pa。