本發(fā)明涉及存儲器，特別是一種具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜及方法。

背景技術：

1、具有垂直磁各向異性的[co/pt]n多層膜在磁存儲器、磁性傳感器以及自旋電子學領域表現(xiàn)出極為重要的應用前景。得益于其高的垂直磁各向異性，[co/pt]n多層膜在超高密度磁記錄介質中作為垂直磁記錄技術的核心材料，使信息存儲密度得到極大提升。在mram中，具有垂直磁各向異性的[co/pt]n多層膜由于其低的臨界電流密度和高的熱穩(wěn)定因子，能夠降低器件功耗和提升存儲可靠性。因此，制備具有垂直磁各向異性的[co/pt]n多層膜以及調控其垂直磁各向異性具有非常重要的學術和實際價值。

2、在薄膜制備中，膜層均一性和厚度精準性對薄膜的性能至關重要。[co/pt]n多層膜的磁性具有厚度依賴性，與co層的厚度密切相關，增加co的厚度能夠增強薄膜的垂直磁各向異性，但是過厚的co層將會增大退磁能從而減小垂直磁各向異性，因此最優(yōu)值僅在一定范圍內(nèi)。緩沖層也能夠有效調控磁各向異性。改變不同的緩沖層能夠顯著影響多層膜的矯頑力和飽和磁化強度。因此，如何制備和調控具有優(yōu)良垂直磁各向異性的[co/pt]n多層膜，對于發(fā)展自旋電子學和其相關器件有著非凡的意義。

3、在背景技術部分中公開的所述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構成在本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)思路

1、針對所述現(xiàn)有技術存在的不足或缺陷，提供了一種具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜及方法，顯著提高膜層均一性和厚度精準性，有效調控磁各向異性，優(yōu)化界面結構和質量，避免了退火溫度導致薄膜發(fā)生重結晶，從而使界面質量下降，導致垂直磁各向異性的劣化。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)。

3、一種具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜包括，

4、襯底，其為熱氧化的單晶硅片，

5、緩沖層，其層疊于所述襯底上，所述緩沖層為ti/pt、ta/pt或ru/pt，其中，ti、ta或ru層，厚度為2-4?nm，

6、[co/pt]n層，其層疊于所述緩沖層，其中，co層厚度為0.8-1.8?nm，pt層厚度為0.7-1.5?nm，n為2-5。

7、所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜中，襯底為si/sio2，氧化層sio2厚度為300?nm。

8、所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜中，所述緩沖層為ti/pt、ta/pt或ru/pt，其中，pt厚度為1-3?nm。

9、所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜中，襯底為si/sio2，相對的，所述[co/pt]n層中的pt層位于多層磁性金屬薄膜頂層。

10、具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜的制備方法包括，

11、在襯底上依次進行緩沖層、[co/pt]n多層膜的濺射，濺射溫度為室溫，其中，緩沖層、co層和pt層均由直流濺射完成；

12、鍍膜完成后進行熱處理以提高垂直磁各向異性，退火的真空度低于1×10-5?pa，退火溫度為250-320?℃，退火時間為20-90?min，最終自然冷卻至室溫。

13、所述的制備方法中，在磁控鍍膜腔室中進行在襯底上依次緩沖層、[co/pt]n多層膜的濺射，磁控鍍膜腔室的真空度低于5×10-6?pa。

14、所述的制備方法中，磁控鍍膜腔室的濺射功率為10-35?w，濺射氣體為ar氣，濺射氣體流速為10-30?sccm，磁控鍍膜腔室內(nèi)的腔室的真空度低于1×10-4?pa。

15、所述的制備方法中，濺射氣體ar氣的純度大于99.99%。

16、所述的制備方法中，每層金屬膜在沉積之前先進行200s的預濺射，對靶材進行清洗，靶材純度均大于99.9%。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明帶來的有益效果為：

18、本發(fā)明通過調控緩沖層、co層厚度、pt層厚度以及周期數(shù)n能夠調控薄膜的磁各向異性。由于pt本身不易被氧化，故多層膜不需要在頂部覆蓋額外的保護層。作為緩沖層的材料，其厚度變化對磁性影響較小，材料的種類對樣品的影響較為明顯，其pt層以及ru、ti和ta層厚度變化范圍內(nèi)均具有良好磁性。制備結束后通過退火工藝，能夠提高材料的垂直磁各向異性且優(yōu)化界面結構和質量，避免退火溫度過高導致薄膜發(fā)生原子的層間擴散，從而使界面質量下降，導致垂直磁各向異性的劣化。該薄膜結構具有良好的垂直磁各向異性，同時制備工藝簡單容易操控，制備得到的[co/pt]n多層膜具有良好的垂直磁各向異性，其中，本發(fā)明中，co與pt之間的界面效應導致多層膜具有良好的垂直磁各向異性，因此本發(fā)明使用了co與pt交替生長的設計。

19、所述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠使得本發(fā)明的技術手段更加清楚明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內(nèi)容予以實施的程度，并且為了能夠讓本發(fā)明的所述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，下面以本發(fā)明的具體實施方式進行舉例說明。

技術特征：

1.一種具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜，其特征在于，其包括，

2.如權利要求1所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜，其特征在于，優(yōu)選的，襯底為si/sio2，氧化層sio2厚度為300?nm。

3.如權利要求1所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜，其特征在于，所述緩沖層為ti/pt、ta/pt或ru/pt，且pt厚度為1-3?nm。

4.如權利要求1所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜，其特征在于，所述[co/pt]n層中的pt層位于多層磁性金屬薄膜頂層。

5.如權利要求1-4中任一項所述的具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜的制備方法，其特征在于，其包括，

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在磁控鍍膜腔室中進行在襯底上依次緩沖層、[co/pt]n多層膜的濺射，磁控鍍膜腔室的真空度低于5×10-6?pa。

7.?如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，磁控鍍膜腔室的濺射功率為10-35?w，濺射氣體為ar氣，濺射氣體流速為10-30?sccm，磁控鍍膜腔室內(nèi)的腔室的真空度低于1×10-4?pa。

8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，濺射氣體ar氣的純度大于99.99%。

9.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，每層金屬膜在沉積之前先進行200s的預濺射，對靶材進行清洗，靶材純度均大于99.9%。

技術總結
公開了一種具有垂直磁各向異性的多層磁性金屬薄膜及方法，多層磁性金屬薄膜中，襯底為熱氧化的單晶硅片，緩沖層層疊于所述襯底上，所述緩沖層為Ti/Pt、Ta/Pt或Ru/Pt，Ti、Ta或Ru層，厚度為2?4nm，[Co/Pt]<subgt;n</subgt;層層疊于所述緩沖層，其中，Co層厚度為0.8?1.8nm，Pt層厚度為0.7?1.5nm，n為2?5。通過調控緩沖層、Co層厚度、Pt層厚度以及周期數(shù)n能夠明顯調控薄膜的磁各向異性，多層磁性金屬薄膜具有良好的垂直磁各向異性。

技術研發(fā)人員：李桃,陳博原,徐美玲,侯飛雁,周雪,閔泰
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19