NiMn/NiFe/In/Fe自旋阀的电磁性质研究

摘要

自从在磁性多层膜中发现巨磁电阻效应以来，由于基础研究和应用两方面的原因，自旋阀磁电阻效应引起了人们广泛的兴趣，是目前磁学界的研究热点之一。一方面，自旋阀有重要的应用价值，例如，它在磁记录技术中的应用使得磁记录密度大大提高。另一方面，自旋阀结构中的磁电阻效应(MR)和铁磁反/铁磁交换偏置的物理机制本身也包含很多深刻的物理内容，需要进一步研究。 自旋阀的性能依赖于自旋阀的结构、组成材料、各层厚度和工艺条件，因此通过改善制备工艺条件及各层的材料和厚度可以改善自旋阀的性能。铟有比较长的平均自由程，在电子输运中可能有比较好的效果，有利于磁电阻的提高。同时，铟在室温下有较好的导电性和稳定性且不易氧化，应用非常广泛，是制备高性能电子元件的重要材料。但目前国际上尚未见以In为非磁层的白旋阀的有相关报道。因此，NiMn/NiFe/In/Fe自旋阀的研究不论是对于基础理论研究还是应用研究都有意义。 本论文采用磁控溅射和离子束溅射的方法制备了一系列的NiMn/NiFe/In/Fe自旋阀样品，并系统地研究了它们从低温到室温的输运特性特别是磁电阻效应与退火温度之间的关系，内容包括以下几个方面： (1)用磁控溅射和离子柬溅射的方法非别在硅片和玻璃片上制备了一系列的NiMn/NiFe/In/Fe自旋阀样品，并对部分样品的NiMn层和NiFe层进行真空退火处理。 (2)研究了一系列样品的磁电阻效应，发现未进行退火处理的样品的磁电阻具有低饱和场特性，一般不超过200 Oe；而退火后的样品的磁电阻在5000 Oe的地方还没饱和，具有高饱和场特性。 (3)利用Slonczewski的“界面松散自旋”模型和自旋相关散射理论对退火样品的磁电阻进行了分析，并采用类似于朗之万函数的公式MR=MRFM+MRSML(x)对磁电阻曲线进行了拟合，得到样品的MR由高场部分和低场部分组成：低场部分的MR来自于两铁磁层磁矩相对取向的变化，并随温度的下降而升高；高场部分的MR则由界面处团簇颗粒的类超顺磁行为引起。 (4)研究了样品磁电阻、矫顽力和磁化强度的饱和场随退火温度的变化关系，发现随着退火温度的升高，磁电阻值、矫顽力和磁化强度的饱和场都是先增大后减小，在623K时值最大，这与退火过程中样品的磁性和界面结构变化有关。 (5)研究了样品磁电阻与生长速率的关系，发现生长速率小的样品的磁电阻值较大，这与样品的界面粗糙度、内应力、缺陷等有关。 (6)分析了样品的各向异性，发现样品的纵向磁电阻利横向磁电阻存在明显的差别，各向异性比较明显，因此测量所得的磁电阻值应包括各向异性磁电阻和各向同性的巨磁电阻。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1磁电子学简介

1.2磁电阻效应概述

1.2.1各向异性磁电阻效应(AMR)

1.2.2正常磁电阻效应

1.2.3顺行磁电阻(PMR)

1.2.4巨磁电阻效应

1.2.5磁隧道结的巨磁电阻效应

1.2.6掺杂稀土锰氧化物的庞磁电阻效应

1.2.7磁电阻效应的应用

1.3自旋阀体系中磁电阻效应研究进展

1.3.1自旋阀的结构和原理

1.3.2自旋阀类型

1.3.3非磁层厚度对自旋阀磁电阻的影响

1.3.4反铁磁材料的选择及影响

1.4本论文的主要工作

参考文献：

第二章纳米薄膜材料的制备及分析方法

2.1薄膜的制备技术及原理

2.1.1磁控溅射

2.1.2射频溅射

2.1.3离子束溅射

2.2基片

2.3样品形状和尺寸的控制

2.4薄膜厚度的测量

2.4.1台阶法

2.4.2石英晶体振荡法

2.5样品磁性质和电性质的测量

2.5.1磁性质测量

2.5.2电性质测量

参考文献：

第三章NiMn／NiFe／In／Fe自旋阀电磁性质的研究

3.1引言

3.2实验过程

3.3结果与讨论

3.3.1钉扎型自旋阀磁电阻效应

3.3.2退火温度对样品磁性的影响

3.3.3退火温度对样品磁电阻的影响

3.3.4生长速率和基底对样品磁电阻的影响

3.3.5自旋阀中的各向异性

3.4本章小结

参考文献：

第四章总结

硕士期间论文发表情况

致谢