Ni过渡层对Co/Cu/Co三明治膜微结构及巨磁电阻性能的影响

　　由于巨磁电阻材料在高密度读出磁头、磁阻随机存取存储器、磁传感器等磁存贮领域的广阔应用前景,室温低场下的高灵敏度多层膜巨磁电阻材料已成为应用基础研究的热点[1—6]。近年来,自旋阀型结构[5]由于它的高灵敏度受到人们的广泛重视,通过采用小矫顽力软磁材料或反铁磁钉扎层,目前自旋阀的灵敏度已经达到31.4%/(kA/m)[6],但其性能对材料的生长条件和成分配比要求较高,从而限制了它的进一步发展。

　　在以往的研究中,过渡层对材料巨磁电阻性能的影响曾经吸引过一些研究者的注意[3,7—10],但总的来说,过渡层的作用并没有引起人们足够的重视。最近我们的研究结果发现,采用Ni过渡层可以在降低材料矫顽力的同时,获得较高的巨磁电阻值,从而使材料的灵敏度最大可以达到39%/(kA/m)[12]。

　　在本文中,我们利用原子力显微镜,结合X射线衍射,对具有不同厚度Ni过渡层的Co5.0nm/Cu 3.5nm/Co 5.0nm三明治的微结构进行了研究,并联系矫顽力和电阻率的测量结果分析了微结构的变化对其巨磁电阻性能的影响。

　　实　　验

　　样品制备采用的是瑞士Balzers公司的UMS 500P型超高真空电子束蒸发系统,工作真空度约为5×10-6Pa,蒸发速率控制在0.05nm/s。实验中使用常规清洗的Si(100)作为衬底。薄膜的厚度由石英晶体振荡器原位测量,并经X射线衍射和卢瑟福背散射方法校正。各个制备阶段的样品是在相同条件下分别制得。

　　样品的磁电阻曲线采用四探针法在室温下测得。测量时电流方向沿样品平面,并与外磁场方向保持一致。巨磁电阻值定义为MR=(R-Rs)/Rs,其中Rs为饱和磁场下的电阻值。样品的表面形貌采用美国Park公司的Autoprobe CP原子力显微镜(AFM)在大气中测得,采用接触模式,针尖材料为氮化硅(180μm长,力常数为0.05N/m)。结构分析采用的是荷兰Philips公司的X′Pert四晶X射线衍射分析仪。样品的磁滞回线采用美国EG&G公司的PAR 4500型振动样品磁强计测得。

　　结果和讨论

　　图1给出的是没有Ni过渡层和具有Ni过渡层的Co/Cu/Co三明治的典型AFM表面形貌。没有Ni过渡层的三明治表面显示出岛状的分布,其均方根粗糙度为0.81nm。而具有8.0nmNi过渡层的三明治表面相对较平整,均方根粗糙度为0.38nm。表1给出了根据AFM结果计算的不同厚度Ni过渡层的

Co/Cu/Co三明治在不同制备阶段样品表面的均方根粗糙度。在表1中,每行从左向右依次列出了不同Ni过渡层厚度的Co/Cu/Co三明治每蒸镀一层后的均方根粗糙度;每列从上到下则显示了Ni过渡层逐渐增厚后在各个制备阶段的均方根粗糙度。由于这些结果反映的就是材料界面的信息,可以发现,Co/Cu/Co三明治生长过程中所形成的第一层Co/Cu界面的粗糙度(即Ni/Co的表面粗糙度)在采用Ni过渡层后由原来的0.9nm减小到0.4nm左右。而第二层Cu/Co界面的粗糙度(即Ni/Co/Cu的表面粗糙度)基本维持在0.6nm左右。这表明Ni过渡层的存在使样品的界面平整度得到了明显的改善。而这对材料的巨磁电阻值的提高是有利的[3]。