[发明专利]一种制备FePt赝自旋阀材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料或自旋电子学材料领域，涉及赝自旋阀材料的制备方法，特别是提供了一种利用应力调控FePt赝自旋阀材料中的两个铁磁层的磁矩排列方式(平行排列或反平行排列)，从而实现磁电阻显著变化的方法。

背景技术

赝自旋阀(PSV)材料可以很灵敏地探测外界弱磁场的变化，因而在高灵敏度读出磁头、磁性传感器以及磁随机存储器中都具有潜在的应用背景。传统的赝自旋阀材料结构是：铁磁层(FM1)/非磁性隔离层(NM)/铁磁层(FM2)(如图4所示)。通常需要外加磁场来改变两个磁性层的磁矩排列方式—平行排列(图4a)或反平行排列(图4b)，进而实现体系电阻的高低变化。对于赝自旋阀材料而言，通常情况下，需要施加的外加磁场非常大，因此需要能够提供大磁场的装置，增加了赝自旋阀的成本；同时，大的磁场作用在磁性材料上，会通过磁致效应产生热量，影响器件的正常工作。因此，如何在尽可能小的工作磁场甚至不需要磁场的情况下，实现电阻的变化，是高效自旋电子学器件发展中的关键问题。

FePt合金材料是常见的赝自旋阀中的铁磁性材料，具有稳定性好、灵敏度高等特点。目前，研究者通过多种方法来调节FePt赝自旋阀所需的外加工作磁场，进而调控其灵敏度。比如，选择不同的磁性层材料，或调节两个磁性层的厚度，或者改变两个磁性层的沉积温度，来控制两个磁性层的磁矩反转所需要的磁场大小，进而控制两个磁性层的磁矩排列方式。但是，这些调控手段均需要精确控制工艺参数，对材料体系以及工艺参数的依赖性很大。所以，因此，如何简单、普适地调控两个磁性层的磁矩排列方式，对于发展FePt赝自旋阀材料及其器件应用起到至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用应力调控FePt赝自旋阀材料中的两个磁性层的磁矩排列方式(平行排列或反平行排列)，从而实现磁电阻显著变化的方法。

一种制备FePt赝自旋阀材料的方法，其特征为：在依次经过预拉伸、表面酸化处理、表面抛光处理后的Cu-Zn-Al基片上沉积FePt/Ru/FePt/Ta多层膜，沉积完毕后，对其进行热处理，诱导FePt原子有序及其硬磁性能。最后，对上述薄膜体系进行光刻处理，以获得纳米柱状阵列结构，引出电极。

该方法的具体过程为：

(1)、对Cu-Zn-Al基片进行预拉伸处理、表面酸化处理以及表面抛光处理，所述的Cu-Zn-Al基片厚度为0.5～0.8毫米，预拉伸量为15％～20％，酸化处理的PH值为6-7，酸化时间为3-5分钟，抛光后的表面粗糙度为0.5～2纳米。上述预拉伸处理、表面酸化处理以及表面抛光处理的顺序优选依次进行预拉伸处理、表面酸化处理以及表面抛光处理；

(2)、利用磁控溅射方法，在步骤(1)所述Cu-Zn-Al基片上依次沉积FePt原子、Ru原子、FePt原子以及Ta原子，形成FePt/Ru/FePt/Ta多层膜结构，所述的沉积过程中溅射室的本底真空度1×10^-5～5×10^-5Pa，溅射时氩气压为0.3～0.8Pa，沉积得到的FePt原子层的厚度为Ru原子层的厚度为Ta原子层的厚度为

(3)、在真空环境下，对步骤(2)中得到的复合体系进行热处理，所述真空环境的真空度为2×10^-5～5×10^-5Pa，热处理的温度为350～400℃，保温时间为20～40分钟；最后，冷却到室温；

(4)、对上述热处理后的复合体系进行光刻处理，形成纳米级别柱状阵列，柱的直径为柱之间的间距为在柱状阵列两端引出电极，以通入电流；

(5)随后，通过调节体系的温度，就可以调控基片产生拉伸形变(降温至-70℃以下)或压缩形变(升温至100℃以上)，相应地在FePt/Ru/FePt多层膜上施加拉伸应力或压缩应力，进而可以调控多层膜的磁矩呈现平行排列或反平行排列方式，即实现赝自旋阀功能。