本文選題：垂直各向異性　切入點：熱穩(wěn)定性　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：磁隨機(jī)存儲器作為一種方興未艾的自旋電子學(xué)器件,由于其具備非易失性、高密度、高速讀寫等優(yōu)良的性能,使得磁隨機(jī)存儲器在日常生活、軍事和工業(yè)等諸多領(lǐng)域都具有極大的開發(fā)潛力和應(yīng)用價值。垂直磁性隧道結(jié)作為高密度磁隨機(jī)存儲器的核心單元一直倍受廣大研究者的青睞,提高隧道結(jié)磁性電極的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性是近年這方面研究的焦點。在垂直磁化的Co Fe B/Mg O薄膜及其相關(guān)隧道結(jié)的研究中,通常都是改變Co、Fe比例,而B的原子比含量始終為20%不變。本論文的研究目的之一是通過調(diào)節(jié)B的成分來提高Co Fe B/Mg O體系的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性。我們研究了Co、Fe為等原子比,B成分為10%、20%、30%時Ta/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Mg O和Mg O/(Co0.5Fe0.5)1-x Bx/Ta正反兩種生長順序下體系的垂直磁性能。結(jié)果顯示,經(jīng)過300℃真空退火后,作為對照組的20%B含量的Ta/Co0.4Fe0.4B0.2/Mg O樣品,Co Fe B薄膜具有垂直磁化的極限厚度為1.2nm,對于相反結(jié)構(gòu)的Mg O/Co0.4Fe0.4B0.2/Ta樣品,Co Fe B厚度在1.2~1.4 nm之間的樣品展現(xiàn)出了垂直磁各向異性。當(dāng)B的含量降為10%時,相同退火條件下體系的垂直各向異性降低:在Ta/Co0.45Fe0.45B0.10/Mg O樣品中,只有Co Fe B為0.8nm厚的樣品表現(xiàn)出垂直易磁化的特性,對于Mg O/Co0.45Fe0.45B0.10/Ta樣品,僅有1.0 nm厚的樣品表現(xiàn)出垂直易磁化的特性。當(dāng)B含量增加到30%,樣品的垂直磁性能較之參考樣品均獲得了相當(dāng)大的提高:Ta/Co0.35Fe0.35B0.30/Mg O樣品在300℃真空退火后,Co Fe B垂直磁化的極限厚度從對照組成分的1.2 nm增加到1.4 nm,界面垂直各向異性常數(shù)Ks從1.7 erg/cm2增加到1.9 erg/cm2;當(dāng)退火溫度升高至325℃,Co Fe B厚度為1.3 nm及以下的樣品仍然表現(xiàn)出了垂直易磁化,而對照組20%B含量的所有樣品在相同溫度下已不具備垂直磁各向異性。相反結(jié)構(gòu)的Mg O/Co0.35Fe0.35B0.30/Ta則表現(xiàn)出更加優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和垂直各向異性,在高至350℃的最佳溫度真空退火后,Co Fe B垂直易磁化的極限厚度增加到1.5 nm,相應(yīng)界面垂直各向異性常數(shù)Ks增加至2.0 erg/cm2,而對照組20%B含量的所有樣品在相同溫度下的磁性已完全被破壞�？偨Y(jié)起來,我們發(fā)現(xiàn)過量的B有效的提高了Co Fe B/Mg O體系的垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性,因而B含量適量增加是優(yōu)化C o F e B/M g O體系的垂直磁性能和熱穩(wěn)定性的有效途徑之一。Cr為原子序數(shù)較小的3d金屬,但具有很大的自旋霍爾角,差不多可以和5d金屬W等比擬;Al是一種原子序數(shù)更小的主族輕金屬元素,容易與Cr形成合金,并且使Cr的非公度自旋密度波反鐵磁性變?yōu)楹唵蔚墓确磋F磁性,同時Cr1-xAlx反鐵磁合金在x=0.26左右具有很高的奈爾溫度,表現(xiàn)出半導(dǎo)體輸運特性。因此,本論文還研究了Cr-Al反鐵磁合金的自旋霍爾效應(yīng)。我們制備了系列不同金屬層厚度的YIG/Cr0.72Al0.28和YIG/Cr異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜樣品,兩組樣品的電阻率測量結(jié)果顯示Cr0.72Al0.28薄膜的電阻率數(shù)倍于Cr,尤其在金屬層較厚的情形下;在垂直膜面溫度梯度下,由于縱向自旋塞貝克效應(yīng)所產(chǎn)生的逆自旋霍爾電壓,YIG/Cr0.72Al0.28薄膜的逆自旋霍爾電壓數(shù)值較相同金屬層厚度的YIG/Cr薄膜的數(shù)值明顯增大。自旋擴(kuò)散長度和自旋霍爾角的表征結(jié)果顯示,Al與Cr的合金化雖然強(qiáng)烈改變了Cr電子結(jié)構(gòu)和輸運特性,但是Cr0.72Al0.28的自旋擴(kuò)散長度和Cr的數(shù)值大體相當(dāng),而Cr0.72Al0.28的自旋霍爾角減小為Cr的三分之一。我們的研究表明具有非常小自旋-軌道耦合的Al的大量引入確實使合金的自旋霍爾角下降,盡管如此,由于Cr0.72Al0.28合金薄膜的高電阻率,導(dǎo)致了大的逆自旋霍爾電壓,使之仍不失為一種有效的自旋流探測材料。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2;TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 馮春;詹倩;李寶河;滕蛟;李明華;姜勇;于廣華;;利用FePt/Au多層膜結(jié)構(gòu)制備垂直磁記錄L1_0-FePt薄膜[J];物理學(xué)報;2009年05期

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本文編號：1627073