本发明专利技术属于磁性薄膜领域，尤其涉及一种可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料及方法：该磁性薄膜材料包括：基底、缓冲层、磁性层、氧化物层和保护层，磁性层的磁性材料为断裂式的Co2FeX/Zr/Co2FeX，Zr占磁性层的量比为0.001
【技术实现步骤摘要】
可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料及方法
[0001]本专利技术属于磁性薄膜领域，涉及一种可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料及方法。
技术介绍
[0002]赫斯勒合金具有高自旋极化率、低阻尼常数、高的居里温度，满足磁性随机存储器(MRAM)中低磁化翻转电流的需求，有望成为下一代高密度垂直磁记录器件MRAM的电极材料而广泛受到关注。但该合金由于磁晶各项异性能很低，使得在赫斯勒合金/氧化物多层膜中获得PMA变得很困难，所以提高赫斯勒合金体系的磁各向异性成了其应用的关键。具有较高垂直磁各向异性和好的热稳定性的磁性材料是MRAM、磁传感器应用的基础，目前国际上还在不断地挖掘磁性薄膜的潜力，提高其磁性能和热稳定性等，以扩大其应用领域。
技术实现思路
[0003]本专利技术公开了一种可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料及方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是：可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料，
[0005]本专利技术的技术方案是：一种可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料，该磁性薄膜材料包括基底、缓冲层、Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/Zr/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/MO(MO为金属氧化物如MgO、AlOx等)多层膜、保护层；
[0006]其中，所述缓冲层和保护层均由金属Ta或其它金属或者不同金属元素的复合层构成，其它金属可以为Pt、Pd、Mo、Cr等。
[0007]进一步，所述基底为硅片、玻璃片、MgO基底。本专利技术的另一目的是提供上述磁性薄膜材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
[0008]步骤1：选取基底材料，进行清洗；
[0009]步骤2：采用共溅射方法将Ta或其它金属沉积在经步骤1处理后的基底材料上作为缓冲层，
[0010]步骤3：在所述缓冲层上沉积Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/Zr/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/MO(MO为金属氧化物如MgO、AlOx)多层膜；
[0011]步骤4：采用磁控溅射方法将Ta或其它金属沉积在上述多层膜上作为保护层；
[0012]步骤5：将上述制备的(0.1～100.0m)Ta或其它金属/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/Zr/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/MO(MO为金属氧化物如MgO、AlOx)/(0.1～100.0nm)Ta或其它金属薄膜材料放入真空退火炉进行退火处理。
[0013]进一步，所述共溅射方法的具体工艺为：溅射室本底真空度为1.0
×
10
‑4～9.9
×
10
‑4Pa或者1.0
×
10
‑5～9.9
×
10
‑5Pa，溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5～1小时，维持在气压0.1～1.5Pa；溅射时99.99％纯度的高纯氩气气压为0.2～2.7Pa；基片用循环去离子
水冷却，平行于基片平面方向加有5～60kA/m的磁场。
[0014]进一步，所述步骤5的退火工艺为：退火炉本底真空为1.0
×
10
‑4～9.9
×
10
‑4Pa或者1.0
×
10
‑5～9.9
×
10
‑5Pa、退火温度为100
‑
500℃，退火时间为1分钟
‑
120分钟，退火时沿薄膜的易轴方向加5
‑
100kA/m的磁场，并在磁场中随炉冷却。
[0015]进一步，所述缓冲层和保护层的沉积厚度为：0.1～100.0nm。
[0016]进一步，所述Ta或其它金属/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/Zr/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/MO(MO为金属氧化物如MgO、AlO
x
等)/Ta或其它金属，多层膜的沉积厚度为：1.0～200.0nm。
[0017]本专利技术的原理是：制备MRAM和磁传感器的传统材料是在基片上沉积Ta或其它金属/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/Zr/Co2FeX(X为Al、Si、Mn的一种或者多种)/MO(MO为金属氧化物如MgO、AlO
x
)/Ta或其它金属的多层膜。多层膜的PMA取决于Co
‑
O、Fe
‑
O的轨道杂化，但Co、Fe的欠氧化和过氧化都不利于薄膜的PMA。在制备多层膜材料过程中，Co2FeX上沉积氧化物，在制备态Co、Fe有一定程度的氧化。在一定温度热处理下，Co、Fe、X等元素会发生扩散，Co、Fe的氧化状态也会发生变化，影响样品的磁各向异性。因此在磁性层中沉积一定的Zr,Zr易于和氧发生反应，利用金属Zr对O的亲和力调控Co
‑
O、Fe
‑
O的比例，提高样品的PMA及热稳定性。可以单独溅射Zr也可以采用共溅射的方法制备Zr和上层Co2FeX磁性层，进而达到提高上述薄膜的垂直磁各向异性的目的。
[0018]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供工艺简单，具有较高的垂直磁各向异性的磁性薄膜材料及其制备方法。
附图说明
[0019]图1为Pt(4nm)/Co2FeAl(0.7nm)/MgO(1nm)/Ta(2nm)薄膜制备态的磁化曲线示意图。
[0020]图2为Pt(4nm)/Co2FeAl(0.7nm)/MgO(1nm)/Ta(2nm)薄膜300℃、30分钟退火的磁化曲线示意图。
[0021]图3采用本专利技术方法制备得到的Pt(4nm)/Co2FeAl(0.35nm)/Zr(0nm)/Co2FeAl(0.35nm)/MgO(1.0nm)/Ta(2nm)薄膜300℃、30分钟退火的磁化曲线示意图。
[0022]图4为采用本专利技术方法制备得到的Pt(4nm)/Co2FeAl(0.35nm)/Zr(0.02nm)/Co2FeAl(0.35nm)/MgO(1.0nm)/Ta(2nm)薄膜300℃、30分钟退火的磁化曲线示意图。
[0023]图5为采用本专利技术方法制备得到的Pt(4nm)/Co2FeAl(0.35nm)/Zr(0.08nm)/Co2FeAl(0.35nm)/MgO(1.0nm)/Ta(2nm)300℃、30分钟退火的磁化曲线示意图。
[0024]图6为Pt(4nm)/Co2FeAl(0.35nm)/Zr(0.14nm)/Co2FeAl(0.35nm)/MgO(1.0nm)/Ta(2nm)薄膜300℃、30分钟退火的磁化曲线示意图。
[0025]图7为Pt(4nm)/Co2FeAl(0.35nm)/Zr(0.20本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料，该可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料包括：基底、缓冲层、磁性层、氧化物层和保护层，且所述基底、缓冲层、磁性层、氧化物层和保护层从下到上依次设置，其特征在于，所述磁性层的磁性材料为断裂式的Co2FeX/Zr/Co2FeX，其中，X为Al、Si、Mn的一种或者多种，Zr占磁性层的质量比为0.001
‑
50％。2.根据权利要求1所述的可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料，其特征在于，所述氧化物层为金属氧化物，所述缓冲层和保护层为单金属层或复合金属层。3.根据权利要求2所述的可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料，其特征在于，所述单金属层为金属Ta、贵金属或稀有金属元素，复合金属层为金属Ta与贵金属和稀有金属元素，所述贵金属为Pt或Pd，所述稀有金属为Mo或Cr。4.根据权利要求1所述的磁性薄膜材料，所述基底为硅片或玻璃片、MgO基底材料。5.一种制备如权利要求1
‑
4任意一项可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1)选取基底材料，进行清洗；S2)采用磁控溅射方法在经S1)处理后的基底材料上沉积缓冲层，S3)再在S2)得到缓冲层上沉积一定厚度的断裂式磁性层，再沉积氧化物层，S4)再采用磁控溅射方法将Ta或者其它金属沉积在氧化物层上作为保护层，S5)将经过S4)制备的薄膜在真空退火炉中进行退火处理，最终得到可调控Co2FeX合金垂直磁各向异性的磁性薄膜材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S1)和S4)中的磁控溅射方法的具体工艺为：溅射室本底真空度为1.0
...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明华，陈宇，许铭扬，李阔，刘沛桥，张垚，于广华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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