[发明专利]一种钴基多层膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钴基多层膜及其制备方法，该钴基多层膜包括：基底以及依次位于基底一侧面的第一覆盖层、氮掺杂钨层、Co基软磁层以及第二覆盖层。本发明还提供了该钴基多层膜的制备方法，其通过选择氮原子作为与铁磁金属产生轨道杂化对象，诱发其界面结构的改变，无需后续的真空退火处理，通过界面处的Co‑N轨道杂化工程来调节铁磁金属界面处的轨道结构，得到有益的、适度的Co‑N轨道杂化状态，使得界面处呈现不同程度的处轨道杂化状态，增加了调节的范围和可控性，从而引起Co基多层膜磁性能的改变。

技术领域

本发明涉及磁性材料及信息存储技术领域，尤其涉及一种钴基多层膜及其制备方法。

背景技术

近年来，信息产业的高速发展，对信息存储产业的要求也在不断提升。具有垂直磁各向异性(PMA)的铁磁性薄膜是构建磁随机存储器件的核心材料，因其高磁各向异性、低翻转电流密度和高热稳定性等优点而引起研究人员广泛的研究兴趣。获得可控的、高垂直磁各向异性成为构建高存储速度、低功耗、高存储密度的存储器件的关键问题。因此，需要不断提升作为磁存储器的常用材料如CoFeB/MgO异质结，Co基多层膜等材料的磁各向异性。

调控薄膜材料的磁各向异性的方法有很多。例如，施加外电场、应力场，热力场等。目前大多数研究工作侧重于外场对磁各向异性的调控，尤其是还要伴随着退火工艺的辅助才能获得良好垂直磁各向异性。退火会导致纳米薄膜材料原子间的扩散，例如Co/Pt薄膜之间的原子扩散会损坏垂直磁各向异性。

因此，在不需退火的情况下制备出高磁各向异性的薄膜材料是发展高性能磁随机存储器的关键问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种钴基多层膜及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种钴基多层膜，包括：基底以及依次位于所述基底一侧面的第一覆盖层、氮掺杂钨层、Co基软磁层以及第二覆盖层。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的钴基多层膜，所述Co基软磁层的材料包括Co、CoFe和CoFeB中的一种；

和/或，所述第一覆盖层和所述第二覆盖层的材料包括Pt或Ta。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的钴基多层膜，所述基底包括带有热氧化的SiO₂层的Si基底、Si基底、应力应变基底中的一种。

第二方面，本发明还提供了一种所述的钴基多层膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供一基底；

S2、在所述基底一侧面制备第一覆盖层；

S3、在所述第一覆盖层远离所述基底一侧面制备氮掺杂钨层；

S4、在所述氮掺杂钨层远离所述基底一侧面制备Co基软磁层；

S5、在所述Co基软磁层所述基底一侧面制备第二覆盖层。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的钴基多层膜的制备方法，S3中采用磁控溅射法制备得到氮掺杂钨层，其中磁控溅射法具体为：以氩气为溅射气体，以W为溅射靶材，在溅射靶材的同时通入氮气，沉积完成后即得到氮掺杂钨层。

进一步优选的，所述的钴基多层膜的制备方法，通入的氮气与氩气的体积流量比为(0.5～12):16。

进一步优选的，所述的钴基多层膜的制备方法，磁控溅射过程中控制溅射室的本底真空度为1×10^-5～3×10^-5Pa，溅射时氩气压保持为0.24Pa。

进一步优选的，所述的钴基多层膜的制备方法，W靶材的轰击时间为38～60s。