[发明专利]一种快速提高垂直磁各向异性的方法

说明书

本发明提供一种快速提高垂直磁各向异性的方法，属于磁性材料技术领域。先通过磁控溅射仪器在室温下氩气环境下磁控溅射沉积制备CoFeB/MgO结构的薄膜磁性异质结材料；然后将制备的薄膜磁性异质结材料在超高真空的反应装置内快速退火，最终获得良好垂直磁各向异性的薄膜磁性异质结材料。本发明通过对简单膜层结构的薄膜磁性异质结材料在超高真空1×10^‑7~9×10^‑7Torr、温度范围250~350℃、30~60秒时间内快速退火，由于在CoFeB/MgO界面，电荷在高温下发生瞬间的轨道杂化，从而获得良好垂直磁各向异性；该操作方法简便易行，适用于大规模连续化的具有良好垂直磁各向异性的薄膜磁性异质结材料生产。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其是涉及一种快速提高垂直磁各向异性的方法。

背景技术

自旋转移矩磁随机存储器相比于传统的基于互补金属氧化物半导体存储器、静态存储器和动态存储器，由于同时具有非易失性、几乎无限写入次数、读写速度快、存储容量高及能耗低等优点，被认为是构建下一代非易失性存储器的理想器件。

自旋转移矩磁随机存储器的常用材料主要有异质磁电阻材料，例如：基于CoFeB/MgO结构的磁性异质结材料，它相比于传统的稀土/过渡族金属合金(TbFeCo、GdFeCo、SmCo)、L10有序相(Co,Fe)-Pt合金及Co/(Pd,Pt)多层膜，同时具有较高的异质磁电阻、较低的磁阻尼系数和较低的临界磁化反转电流密度等特点，成为目前磁性异质结的主流。

然而，以CoFeB/MgO结构为核心单元的磁性异质结材料需要具有垂直磁各向异性。现有技术中：获得垂直磁各向异性的方法通常是利用多层膜结构、诱导层、插层和1～2个小时高温退火来实现，其中的退火温度较高，退火时间较长且退火仅是用来使多层膜结构例如MgO/CoFeB/Mo/CoFeB/MgO膜层的原子扩散均匀，其提高垂直磁各向异性的方法仅是依赖于膜层结构的设计，由于膜层结构较多，用于制备设计膜层结构的方法对成品膜层结构的控制所需要的操作异常复杂，影响因素较多，不利于大规模连续化的生产。

发明内容

本发明提供了一种快速提高垂直磁各向异性的方法，解决了现有技术中需要通过膜层结构的设计和高温长时间退火高生产成本工艺来提高的技术缺陷，仅仅只需要简单的膜层结构设计和相应的低温快速退火工艺就能有效提高。

本发明提供一种快速提高垂直磁各向异性的方法，包括以下步骤：

S1、通过磁控溅射仪器在室温下氩气环境下磁控溅射沉积制备CoFeB/MgO结构的薄膜磁性异质结材料；

S2、将S1制备的薄膜磁性异质结材料在超高真空的反应装置内快速退火，最终获得良好垂直磁各向异性的薄膜磁性异质结材料。

优选地，所述S1中CoFeB/MgO结构的薄膜磁性异质结材料为Ta(1～5nm)/Co₄₀Fe₄₀B₂₀(0.5～1.4nm)/MgO(1～2nm)/Ta(1～3nm)。

优选地，所述S1磁控溅射中基片为二氧化硅基片(22mm×22mm)。

优选地，所述S1中的磁控溅射中Ta靶和Co₄₀Fe₄₀B₂₀靶为直流溅射，溅射电流分别为150mA和100mA，溅射速率分别为0.083nm/s和0.049nm/s；MgO靶为射频溅射，溅射电压为100W，溅射速率为0.02nm/s。

优选地，所述S2中的超高真空为1×10^-7～9×10^-7Torr。

优选地，所述S2中的快速退火温度为250～350℃。

优选地，所述S2中快速退火时间为30～60s。