磁纳米元件中利用超薄阻尼层的阻尼控制制造技术

本发明专利技术提供一种层系统、形成该层系统的方法、以及利用该层系统的器件。在一实施例中，该方法包括提供一种包括第一层的双层系统，该第一层包括掺杂以选自４ｄ过渡金属、５ｄ过渡金属、以及４ｆ稀土金属中的一种的掺杂剂材料的第一铁磁材料。该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼。该第一层可非常薄，例如小于或等于两纳米厚。该方法还包括提供设置在该第一层上的第二层。该第二层包括第二铁磁材料且该第二层可大于或等于两纳米厚。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及》兹材料。更具体地，本专利技术实施例涉及》兹膜和纳米结构、 制造磁膜和纳米结构的方法、以及使用磁膜和纳米结构的装置。
技术介绍
许多现代电子存储器例如随机存取存储器(RAM)和硬盘驱动器被用来 存储和取回数据。在一些情况下，这样的存储器可包括铁磁材料，铁磁材料 可经历外加磁场，外加磁场可将铁磁材料的磁化在例如表示两个逻辑值的两 个稳定取向之间翻转。通常，当施加到铁磁材料的磁场从第一值翻转到第二 值时，铁磁材料的磁化不会立即从第一值翻转到第二值。例如，铁磁材料的 磁化会经历磁进动(magnetic precession ),其中铁/磁材料的磁化振荡 (oscillate)(或环进(ring)),直到稳定在稳态(steady state )值。在 一些情况下，铁磁材料的磁化的磁进动会受到材料本征属性的影响。 在施加到材料的磁场已经翻转之后材料中的磁化达到稳态所需的时间量被 描述为所谓的材料的吉尔伯特(Gilbert)磁阻尼系数(a)。如果磁阻尼系数 高，则与具有低磁阻尼系数的材料相比，在所施加的磁场翻转之后材料的磁 化可更迅速地到达稳态，导致铁磁材料的磁化更急剧地转变到稳态值。在一些情况下，铁磁材料的高磁阻尼系数是期望的，例如在磁数据存储 应用中，其中在翻转条件下铁磁材料的磁化的锐利转变是期望的，例如，为 了实现高的数据转移速率和存储密度。因此，需要具有高的磁阻尼系数的改 善的材料、制造该材料的方法、以及包括该材料的装置。
技术实现思路
本专利技术的实施例总地提供一种层系统、制造该层系统的方法、以及利用 该层系统的纳米级器件。在一实施例中，该方法包括提供一种具有第一层的 双层结构，该第一层包括被掺杂以掺杂剂材料的第一铁磁材料，该掺杂剂材 料选自4d过渡金属、5d过渡金属、或4f稀土金属材料类。该掺杂剂材料可 预定提供比该第一铁磁材料中的本征磁阻尼(damping)更大的该双层结构中 的磁阻尼。对于特定应用，该第一层可小于或等于两纳米厚，但是更大的厚 度亦可使用。一个实施例提供包括第 一层和第二层的双层结构。该第 一层包括被掺杂 以掺杂剂材料的第一铁磁材料，该掺杂剂材料选自4d过渡金属和5d过渡金 属中的一种。该掺杂剂材料预定提供比该第 一铁磁材料中的磁阻尼更大的该 双层结构中的^f兹阻尼。该双层结构还包括设置在该第一层上的第二层，其中 该第二层包括第二铁^^材料。本专利技术一实施例提供一种形成双层结构的方法。该方法包括提供第一 层，该第一层包括被掺杂以掺杂剂材料的第一铁磁材料，该掺杂剂材料选自 4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属中的一种。该掺杂剂材料预定 提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼，且该第一 层小于或等于两纳米厚。该方法还包括提供设置于该第一层上的第二层。该 第二层包括第二4失》兹材料且该第二层大于或等于两纳米厚。本专利技术 一实施例还提供一种包括第 一层的磁传感器，该第 一层包括被掺 杂以掺杂剂材料的第一铁磁材料，该掺杂剂材料选自4d过渡金属、5d过渡 金属、以及4f稀土金属中的一种。该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材 料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼，且该第一层小于或等于两纳米 厚。该磁传感器还包括设置于该第一层上的第二层，其中该第二层包括第二 铁磁材料且该第二层大于或等于两纳米厚。本专利技术另一实施例提供一种包括第一双层结构的磁传感器。该第一双层 结构包括第 一层，该第 一层包括被掺杂以第 一掺杂剂材料的第 一铁磁材料， 该第一掺杂剂材料选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属中的一 种。该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构 中的磁阻尼。该第一双层结构还包括设置于该第一层上的第二层。该第二层 包括第二铁磁材料。该双层结构包括在磁传感器的被钉扎层、磁屏蔽层、以 及磁写极之一中。本专利技术的实施例还提供一种三层结构。在一实施例中，该三层结构包括 第一、第二和第三层。该第一层包括被掺杂以掺杂剂材料的第一铁磁材料， 该第一掺杂剂材料选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属中的一 种。该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的^ 兹阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼。该三层结构还包括设置于该第一层上的第二层，其中该第二层 包括非磁金属。该三层结构还包括设置于该第二层上的第三层，其中该第三 层包括第二铁磁材料。附图说明可以参考实施例获得对本专利技术的上述特征更详细的理解，以及对上面概 述的本专利技术更特别的说明， 一些实施例示于附图中。然而，应注意，附图仅 示出本专利技术的一般实施例，因此不应理解为对本专利技术范围的限制，因为本发 明可包括其他等效实施例。图1是示出根据本专利技术一实施例的示例性磁双层的结构图； 图2是流程图，示出根据本专利技术一实施例制造磁双层的方法； 图3A-3D是示出根据本专利技术一实施例的磁双层的特性的图； 图4是示出根据本专利技术一实施例的硬盘驱动器的结构图； 图5是示出根据本专利技术一实施例的磁读/写头的结构图； 图6是示出根据本专利技术一实施例的包括磁读传感器的层的结构图； 图7是示出根据本专利技术一实施例的层叠磁双层的结构图； 图8是示出根据本专利技术一实施例的磁记录盘的结构图； 图9是示出根据本专利技术 一 实施例的磁随机存取存储器(MRAM )的结构 图；及图IO是结构图，示出根据本专利技术一实施例的MRAM存储单元。具体实施方式下面，参考本专利技术的实施例。然而，应理解，本专利技术不限于具体描述的 实施例。而是，下面的特征和元件的任何组合，不论是否涉及不同的实施例， 都可被构思来实施和实践本专利技术。此外，在各种实施例中，本专利技术提供相对 于现有技术的许多优点。然而，尽管本专利技术的实施例相对于其他可行方案和 /或相对于现有技术具有优点，但是特定优点是否由给定实施例实现并非本发 明的限制。因此，下面的方面、特征、实施例和优点是部分示例性的，除非 明确说明，否则不应理解为所附权利要求的要素或限制。本专利技术的实施例提供薄膜铁磁层系统，其可用于各种电子器件中。在一 实施例中，该层系统包括双层，该双层具有被掺杂以选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属之一的掺杂剂的铁^磁材料的第一层，其中该掺杂剂预定产生该双层中增大的磁阻尼。该双层还包括设置于第 一层上的铁磁 材料的第二层。通过设置第二层在第一层上，第一层和第二层可交换耦合， 由此增大第二层中的磁阻尼。双层中增大的磁阻尼可提供第一和第二层两者 中更迅速到达稳态值的磁场转变，即比未掺杂的铁磁材料具有更短的持续时 间，减小的振荡或环进。此外，第一层与第二层的表面之间的有害接触可在 双层中被防止。例如，可以保护在第二层和其他材料之间的界面处的任何行为(activity)免于干扰，除了由掺杂剂材料的存在而导致的阻尼之外。在一 些情况下，器件操作所需的界面行为会受到第二层表面处的材料选择的高度 影响。第二层可将第一层从第二层的表面可经受的任何行为隔离，由此防止 第一层的退化。可选地，第二层可防止第一层暴露于含氧气氛，或者防止第 一层暴露到暖的、潮湿的气氛，由此防止第一层的有害氧化或侵蚀。图l是示出根据本专利技术一实施例的示例性双层100的结构图。如图所示， 双层可包括第一层102和第二层104。在一实施例中，第一层102可由铁》本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层结构，包括：第一层，包括掺杂以选自４ｄ过渡金属、５ｄ过渡金属、以及４ｆ稀土金属中的一种的掺杂剂材料的第一铁磁材料，其中该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼，且其中该第一层小于或等于两纳米厚 ；以及第二层，设置在该第一层上，其中该第二层包括第二铁磁材料，且其中该第二层大于或等于两纳米厚。

【技术特征摘要】
US 2006-10-11 11/548,5061.一种双层结构，包括第一层，包括掺杂以选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属中的一种的掺杂剂材料的第一铁磁材料，其中该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼，且其中该第一层小于或等于两纳米厚；以及第二层，设置在该第一层上，其中该第二层包括第二铁磁材料，且其中该第二层大于或等于两纳米厚。2. 根据权利要求1的双层结构，其中该第一铁^磁材料和该第二铁一磁材料 是同类材料。3. 根据权利要求1的双层结构，其中该第一铁》兹材料和该第二铁》兹材料 包括镍铁两者、钴铁两者、以及镍铁和钴铁的组合之一。4. 根据权利要求1的双层结构，其中该第一层掺杂有15%或更少的掺 杂剂材料。5. 根据权利要求1的双层结构，其中该掺杂剂材料选自4d过渡金属和 5d过渡金属之一，其预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结 构中的;兹阻尼。6. 根据权利要求1的双层结构，其中该掺杂剂材料选自除钆和铕之外的 4f稀土金属之一。7. 根据权利要求1的双层结构，其中该第二层小于或等于二十纳米厚。8. —种双层结构，包括第一层，包括掺杂以选自4d过渡金属和5d过渡金属中的一种的掺杂剂 材料的第一铁磁材料，其中该掺杂剂材料预定提供比该第一铁磁材料中的磁 阻尼更大的该双层结构中的,兹阻尼；以及第二层，设置在该第一层上，其中该第二层包括第二铁磁材料。9. 一种形成双层结构的方法，该方法包括提供第一层，其包括掺杂以选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f 稀土金属中的 一种的掺杂剂材料的第 一铁^兹材料，其中该掺杂剂材料预定提 供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构中的磁阻尼，且其中该第 一层小于或等于两纳米厚；以及 提供第二层，其设置在该第一层上，其中该第二层包括第二铁磁材料， 且其中该第二层大于或等于两纳米厚。10. 根据权利要求9的方法，其中该第一铁磁材料和该第二铁^磁材料是同类材料。11. 根据权利要求9的方法，其中该第一铁磁材料和该第二磁材料是钴 铁两者。12. 根据权利要求9的方法，其中该第一层被掺杂以15%或更少的掺杂剂材料。13. 根据权利要求9的方法，其中该掺杂剂材料选自4d过渡金属和5d 过渡金属之一，其预定提供比该第一铁磁材料中的磁阻尼更大的该双层结构 中的》兹阻尼。14. 根据权利要求9的方法，其中该掺杂剂材料选自除钆和铕之外的4f 稀土金属之一。15. 根据权利要求9的方法，其中该第二层小于或等于二十纳米厚。16. —种磁传感器，包括第一层，包括掺杂以选自4d过渡金属、5d过渡金属、以及4f稀土金属 中的一种的掺杂剂材料的第一铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷恩迈耶，曼弗雷德E沙贝斯，简乌尔里克蒂勒，
申请(专利权)人：日立环球储存科技荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]