專利名稱：激光退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性的方法，屬于磁電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1956年，Meiklejohn和Bean首次在Co/CoO雙層膜中，發(fā)現(xiàn)了交換偏置效應(yīng)。近年來(lái)，基于交換偏置效應(yīng)的磁電子器件在磁電阻讀出磁頭、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、磁傳感器等方面獲得成功應(yīng)用，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。通常情況下，鐵磁/反鐵磁雙層膜體系要獲得穩(wěn)定的交換偏置場(chǎng)必須進(jìn)行高溫磁 場(chǎng)退火處理(大于反鐵磁層材料的奈耳溫度)。然而，在進(jìn)行高溫磁場(chǎng)退火吋，由于長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用會(huì)導(dǎo)致鐵磁/反鐵磁界面處的化學(xué)元素發(fā)生擴(kuò)散，從而導(dǎo)致疇壁釘扎的松弛和耦合場(chǎng)的減小。近年來(lái)，國(guó)外有許多著名的研究機(jī)構(gòu)先后開(kāi)展了磁性薄膜材料的高溫快速退火研究，希望利用400°C以上的高溫、短時(shí)(<5min)加熱來(lái)減緩磁性薄膜層間的化學(xué)元素?cái)U(kuò)散。由于交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性強(qiáng)烈地依賴于材料的界面特性，任何影響界面特性的因素都將會(huì)影響到鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性。這種エ藝不可避免地造成基片的高溫及快速冷卻，緩沖層內(nèi)的應(yīng)カ及緩沖層與基片間熱膨脹系數(shù)失配對(duì)磁性材料的性能產(chǎn)生一定的影響。激光快速退火技術(shù)是近年來(lái)剛發(fā)展起來(lái)的ー項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)退火エ藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)晶速度快，約為lm/S，退火組織結(jié)構(gòu)質(zhì)量高；(2)可實(shí)現(xiàn)三維定域退火，激光退火便于準(zhǔn)確定位處理，不影響周邊和下方結(jié)構(gòu)的性能；(3)退火周期短，一般為
O.I μ iTlOs，不需要高真空環(huán)境；(4)可在較低的基體溫度下進(jìn)行退火，基體變形小。目前，激光快速退火已成功地應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)，以調(diào)整薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、控制雜質(zhì)元素的擴(kuò)散等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光快速退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性方法，利用激光快速退火，在短時(shí)間內(nèi)迅速地將鐵磁/反鐵磁雙層膜加熱到奈耳溫度以上，熱驅(qū)動(dòng)的時(shí)間較短，化學(xué)元素?cái)U(kuò)散幾乎來(lái)不及發(fā)生，抑制鐵磁/反鐵磁界面處化學(xué)元素的擴(kuò)散行為，從而提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該方法包括以下步驟
(O按襯底、緩沖層、磁性層、保護(hù)層的順序采用物理氣相沉積法(PVD)，制作鐵磁/反鐵磁雙層膜；
(2)利用連續(xù)波激光或脈沖激光作為光源，對(duì)雙層膜進(jìn)行激光快速退火；其中，在激光快速退火時(shí)，施加10(T5000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)；其中，激光快速退火的エ藝參數(shù)為輸出功率2 10W，掃描速度5 20cm/s。
其中，所述的鐵磁層為CoFe、NiFe或Co,反鐵磁層為IrMn或FeMn。其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的制作方法是利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積緩沖層、磁性層、保護(hù)層，得鐵磁/反鐵磁雙層膜；其中，緩沖層Ta厚度為5nm,鐵磁層厚度為5nm,反鐵磁層厚度為10 15nm,保護(hù)層Ta厚度為8nm ;其中,鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20sccm ;基片溫度室溫。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，操作容易，效果顯著，可應(yīng)用于基于鐵磁/反鐵磁雙層膜的巨磁阻電阻傳感器、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁記錄器件等。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)解決方案，這些實(shí)施例不能理解為是對(duì)技術(shù)方案的限制。
實(shí)施例I :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為12nm的IrMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用連續(xù)波激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加3000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的工藝參數(shù)為輸出功率6W，掃描速度lOcm/s。經(jīng)激光快速退火后的CoFe/IrMn雙層膜的交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。實(shí)施例2 :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的NiFe鐵磁層、厚度為IOnm的IrMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用脈沖激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加IOOOe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的工藝參數(shù)為輸出功率2W，掃描速度5cm/s。經(jīng)激光快速退火后的NiFe/IrMn雙層膜的交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。實(shí)施例3 :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的Co鐵磁層、厚度為15nm的IrMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用連續(xù)波激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加5000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的工藝參數(shù)為輸出功率10W，掃描速度20cm/s。經(jīng)激光快速退火后的Co/IrMn雙層膜的交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。實(shí)施例4 :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為12nm的FeMn反鐵磁層、和厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5 X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ；濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用脈沖激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加2000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的工藝參數(shù)為輸出功率6W，掃描速度15cm/s。經(jīng)激光快速退火后的CoFe/FeMn雙層膜的交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。實(shí)施例5 :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的NiFe鐵磁層、厚度為IOnm的FeMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20sCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用脈沖激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加IOOOe的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的エ藝參數(shù)為輸出功率2W，掃描速度5cm/s。經(jīng)激光快速退火后的NiFe/FeMn雙層膜的交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。實(shí)施例6 :利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的Co鐵磁層、厚度為15nm的FeMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護(hù)層Ta ;其中，鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20sCCm ;基片溫度室溫；對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜采用連續(xù)波激光進(jìn)行激光快速退火處理，退火的同時(shí)沿平行于膜面的方向施加5000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)，激光快速退火的エ藝參數(shù)為輸出功率10W，掃描速度20cm/s。經(jīng)激光快速退火后的Co/FeMn雙層膜的 交換偏置場(chǎng)的熱穩(wěn)定性得到明顯提高。本發(fā)明的所述實(shí)施例僅僅是為了清楚說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還可在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有實(shí)施方式予以窮舉，而這些屬于本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.激光快速退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (O按襯底、緩沖層、磁性層、保護(hù)層的順序采用物理氣相沉積法(PVD)，制作鐵磁/反鐵磁雙層膜； (2)利用連續(xù)波激光或脈沖激光作為光源，對(duì)鐵磁/反鐵磁雙層膜進(jìn)行激光快速退火；其中，在激光快速退火時(shí)，施加10(T5000e的平面誘導(dǎo)磁場(chǎng)；其中，激光快速退火的工藝參數(shù)為輸出功率2 10W，掃描速度5 20cm/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光快速退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性方法，其特征在于所述的鐵磁層為CoFe、NiFe或Co，反鐵磁層為IrMn或FeMn。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光快速退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性方法，其特征在于鐵磁/反鐵磁雙層膜的制作方法是利用高真空磁控濺射設(shè)備在經(jīng)過(guò)清洗的單晶硅襯底上沉積緩沖層、磁性層、保護(hù)層，得鐵磁/反鐵磁雙層膜；其中，緩沖層Ta厚度為5nm,鐵磁層厚度為5nm,反鐵磁層厚度為10 15nm,保護(hù)層Ta厚度為8nm ;其中,鐵磁/反鐵磁雙層膜的生長(zhǎng)條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光快速退火提高鐵磁/反鐵磁雙層膜交換偏置場(chǎng)熱穩(wěn)定性的方法，它包括以下步驟(1)利用PVD方法在襯底上沉積鐵磁層和反鐵磁層，得鐵磁/反鐵磁雙層膜；(2)利用連續(xù)波激光或脈沖激光作為光源，對(duì)雙層膜進(jìn)行激光快速退火，輸出功率2～10W，掃描速度5～20cm/s。本發(fā)明方法可應(yīng)用于基于鐵磁/反鐵磁雙層膜的巨磁阻電阻傳感器、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁記錄器件等，具有方法簡(jiǎn)單、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L43/12GK102832336SQ20121030956
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者周廣宏, 章躍, 潘旋, 朱雨富, 丁紅燕 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院