自旋阀结构多层膜的热稳定性

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.047 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 自旋阀结构多层膜的热稳定性 柴春林) 于广华》 林清英” 卢政启》 赖武彦) 朱逢吾) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)钢铁研究总院，北京100081 3)中科院物理所，北京100080 摘要研究了Si/Ta/NiFe/Cu/Nfe/FeMn/Ta结构的自旋阀的热稳定性及层间扩散问题.高分 辨电镜(HREM)观察表明，各层呈柱状晶生长.低于200℃退火能有效地提高钉扎场.高于200℃ 退火后，钉扎场下降，300℃时降为零，利用俄歇电子能谱仪(AES)研究了在相同的条件下制备 的基片Ta/NiFe/FcMn/Ta结构多层膜.结果表明，2O0℃以下时薄膜层之间主要发生沿晶界的扩 散，300℃时体扩散的作用不能忽略. 关键词自旋阀：热稳定性：沿晶界扩散 分类号TM271 自旋阀结构多层膜，由于其较高的磁场灵 1样品的制备和测量 敏度和良好的线性响应，成为新一代硬盘读头 的主要选择材料. 自旋阀多层膜是用磁控溅射法制成的，基 目前，用作自旋阀钉扎层的材料有很多种， 片用水冷却.在经过清洗后的单晶硅基片上依 如FeMn,NiMn,CrMn,NiO等，其中，FeMn仍旧 次镀Ta(10nm)NiFe(5nm)/Cu(2.5nm)NiFe(3 是研究得较多的一种材料.这主要是由于其钉 nm)/FeMn(10nm)/Ta(6nm)(第1类样品)和Ta(20 扎场较大，第1个自旋阀的钉扎场约在20kAs nm)/NiFe(15nm)/FeMn(15nm)/Ta(20nm)(第2类 以上，目前已能达到32kA/s左右.自旋阀的应 样品)2种类型的多层膜.制备第2类样品是为 用不仅与其磁场灵敏度有关，而且还与其热稳 了在研究NiFe和FeMn之间的扩散时，尽可能 定性有很大关系， 减少其他原子的干扰.另外AES的探测精度大 把自旋阀结构的多层膜制作成计算机硬盘 约在1nm,这要求每个单层厚度不能太薄，为 读头的加工过程要经历约250℃的热处理，在 此，应增加NiFe被钉扎层和FeMn钉扎层的厚 此温度下，自旋阀各层之间要发生互扩散，使其 度. 性能恶化，甚至GMR(Giant Magnetoresistance)现 镀膜前本底真空大于5×10Pa,溅射工作 象消失，因此，研究自旋阀的热稳定性问题显得 氩气压为0.4Pa,各种金属材料的溅射速率在 十分重要. 0.14~0.2nm/s之间.溅射时基片上加有1600A/m 本文主要研究了Si/Ta/NiFe/.Cw/NiFe/FeMn/ 的磁场.将这2种膜进行相同条件的真空退火， Ta结构的自旋阀的热稳定性及层间扩散问题. 真空度大于4×10-6Pa,退火温度分别为100， 利用高分辨电镜(HREM)观察了各层晶体生长 150,200,250和300℃，退火时间为1h.在退火 状况，经过真空退火后测定了交换偏场与温度 过程中，沿Nife的易轴方向加有1600Am的磁 之间的关系.为了研究NiFe/FeMn之间的热扩 场.用标准四探针法测量退火后的第1类样品 散，在相同的条件下制备了基片/Ta/NiFe/FeMn/ 的磁电阻，并用振动样品磁强计(VSM)测量磁 Ta结构的多层膜.在经相同的条件退火后，利 滞回线，得到了交换偏场.用俄歇电子能谱仪分 用俄歇电子能谱仪(AES)研究了NiFe/FeMn层 析第2类样品，获得了沿垂直膜面方向的成分 之间的互扩散，并利用Fisher模型分析了NiFe/ 分布曲线. FeMn层之间的互扩散现象. 2实验结果和讨论 1999-05-26收稿柴春林男，28岁，博士生 图l为Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta自旋阀多

第 21 卷 第 5 期 1 9 , 9 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i yt o f S c i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g V 61 . 2 1 N O 一 5 O Ct . 1 9 9 9 自旋 阀结 构 多层膜 的热稳 定 性 柴春林 ” 于广华 ” 林清英 ” 卢政启 ” 赖 武彦 ” 朱逢吾 ” l ) 北京科技大学材料科 学与 工程学 院 , 北 京 10 0 0 83 2 ) 钢铁研究总 院 , 北京 100 0 8 1 3 ) 中科 院物 理所 , 北京 10 0 0 5 0 摘 要 研究了 5 1八初N IF ce/ u N/ i eF 压e M 可几 结构 的 自旋 阀的热 稳定性及层 间扩散问题 . 高分 辨 电镜 ( H R E M ) 观察表 明 , 各层呈 柱状晶生长 . 低 于 2 0 ℃退 火能有效地提 高钉 扎场 . 高于 20 ℃ 退火后 , 钉扎场 下 降 , 3 0 ℃ 时降为 零 . 利用 俄歇 电子 能谱 仪 ( A E s) 研究 了在相 同的条件 下制备 的基 片门泊ZN IF礴 e M nf aT 结 构多层膜 . 结果 表 明 , 20 ℃ 以下 时薄膜层之 间主 要发 生沿 晶界 的扩 散 , 3 0 ℃ 时体扩 散 的作 用不 能忽 略 . 关键词 自旋 阀; 热 稳定 性 ; 沿 晶界扩 散 分类号 T M 2 7 1 自旋 阀结构多层膜 , 由于 其较高 的磁 场灵 敏度和 良好 的线性 响应 , 成为新一 代硬盘 读头 的主要选 择材料 . 目前 , 用作 自旋 阀钉扎层 的材料 有很多种 , 如 F e M n , N IM n , C r M n , N IO 等 , 其 中 , F e M n 仍 旧 是研究得较多 的一 种材料 . 这 主 要是 由于 其钉 扎场较 大 , 第 1 个 自旋 阀的钉 扎场约在 20 k A/ s 以上 , 目前 已 能达到 32 kA s/ 左右 . 自旋 阀的应 用 不仅与其磁场灵敏 度有关 , 而 且 还与其 热稳 定性有很大关 系 . 把 自旋阀结构的多层膜制作成计 算机硬盘 读头的加工过程 要经历 约 2 50 ℃ 的热 处 理 , 在 此温度下 , 自旋 阀各层 之 间要 发 生 互 扩散 , 使其 性能恶化 , 甚至 G M R (G i ant M a , e t o r e s i s ta n e e )现 象消失 . 因此 , 研究 自旋阀的热稳 定性 问题显 得 十分重要 . 本文主要研 究 了 S订T留N IFe /C t正N IF e用 e M 可 aT 结构的 自旋阀的热稳定性及层 间扩散 问题 . 利用高分辨 电镜 ( H R E M ) 观察 了 各层 晶体 生长 状 况 , 经 过真 空退 火后测定 了交 换偏场与温 度 之间 的关系 . 为 了研究 NI eF 下e M n 之 间的热扩 散 , 在相 同的条件下 制备 了基 片您盯N IeF 压 e M 川 aT 结构的多层膜 . 在 经相 同 的条件退 火后 , 利 用俄歇 电子能谱仪 (AE s) 研究 了 NI eF 邝 e M n 层 之 间的互 扩散 , 并利用 iF s he : 模型 分 析 了 NI Fe/ eF M n 层之 间的互扩 散现象 . 1 样 品 的制备和 测 量 自旋阀多层 膜 是用磁控溅射法 制成 的 , 基 片用 水冷却 . 在经过清洗 后 的单 晶硅 基片上依 次镀 aT ( 10 mn )加iFe ( s mn ) /C u ( 2 . s mn )N/ i F e ( 3 nr )下e M n ( 1o mn 户妞( 6 mn ) (第 l 类样 品 )和 aT ( 2 0 mn )N/ iF e ( 1 s mn )压e M n ( 1 s mn ) /几( 2 0 urn )(第 2 类 样 品 ) 2 种类 型 的多层膜 . 制备第 2 类 样品 是为 了在研 究 N IF e 和 Fe M n 之 间的扩 散时 , 尽可 能 减少其 他原子 的干 扰 . 另 外 A E S 的探测 精度大 约 在 I ln , 这 要求每个单层 厚度不 能 太 薄 , 为 此 , 应增 加 N IF e 被 钉扎层 和 eF M h 钉 扎层 的厚 度 . 镀膜 前本底真 空 大于 x5 1-0 , aP , 溅 射工 作 氢气 压 为 .0 4 Pa , 各种金 属 材料 的 溅射速 率在 0 . 1 4一 .0 2 n m / s 之间 . 溅射时基片上加有 1 6 0 A /m 的磁场 . 将这 2 种膜进行 相 同条件 的真空退火 , 真 空 度 大于 x4 lo “ P a , 退火 温度 分别 为 10 , 1 5 0 , 2 0 0 , 2 5 0 和 3 0 0 oC , 退火 时间为 1 h . 在退 火 过程 中 , 沿 N IF e 的易轴 方 向加 有 1 6 0 户以m 的磁 场 . 用标准 四探 针法测量 退火后 的第 1 类样 品 的 磁 电 阻 , 并 用 振 动 样 品磁 强 计 (V S M ) 测 量磁 滞 回线 , 得到 了交换偏场 . 用 俄 歇 电子 能谱仪分 析 第 2 类样 品 , 获得 了沿垂 直 膜面方 向的成分 分 布 曲线 . 2 实验结 果和 讨论 19 99 一 0 5 一 2 6 收稿 柴春林 男 , 28 岁 , 博士 生 图 1 为 1’a/ N IF e/ C LI/ N IF e 下e M可aT 自旋 阀多 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 05. 047

+48明· 北京科技大学学根 1999年第5期 FeMn 图1自旋阀Ta/NiFe/Cu/NIFe/FeMn/Ts多层膜横酸面的REM片，各层呈柱状量生长 层膜横截面的高分辨电镜照片，从图中可以看 退火温度超过200℃时，H.开始减小：当温度达 到，自旋阀各层呈柱晶生长，这是由于对基板采 到300℃时，H.完全消失，即FeMn失去钉扎作 取水冷的缘故.柱状晶垂直于膜面沿[111)方向 用.在其他同类的自旋阀多层膜中也观察到H。 生长.柱状晶的平均直径约为20nm, 随退火温度变化的类似曲线.自旋阀中单层金 图2为自旋阀样品Ta/NiFe/Cw/NiFe/FeMn/ 属膜厚仅仅几个纳米，呈多晶状态，受热后原子 Ta经过50-300℃间不同温度退火1h后，交换 极易扩散.另外，溅射法所制成的膜中特别是多 偏场随温度的变化关系.从图中可以看出，交换 层膜的界面，必然存在内应力，受热后可以得到 偏场H.并不是随着退火温度的增加而单调递 松弛.这2个过程是影响热稳定性的主要因素， 减的，而是在100℃左右时H.减小到一个极小 前者可作定量研究， 值后，随着温度的增加H也随之有所增加：当 因此对第2类样品Ta/NiFe/FeMn/Ta沿垂直 2.00 膜面方向进行了AES深度分析，所得的结果如 图3所示.从图中可以看出，在200℃以下时， 复L75 NiFe/FeMn之间发生扩散，但并不是很剧烈，对 1.50 FeMn层中Fe和M血的原子数比影响不大，此时 层间互扩散对钉扎场的影响不大，但当温度高 0.00 050100150200250300 于200℃时，NiFe/FeMn之间的扩散加剧，互混 t/℃ 层加宽，对Fe和Mn的原子数比有一定的影响： 在300℃时Ta/NiFe/FeMn/Ta4层之间相互扩散 图2自旋调TNFe/Cu/Ni证e/FeMn/Ta经过不同温度遭 火后，FMm层对N证e层的钉扎场随温度的变化关系 严重，4种原子混杂在一起，这时的互混层宽度

Vol.21 No.5 柴春林等：自旋阀结构多层膜的热稳定性 ·489· 100F(a) Ta/FeMn/NiFe 扩散的扩散系数和激活能.Fisher认为，如果两 80 层膜之间的扩散主要是沿晶界扩散的话，那么 nC与y之间的关系曲线应该是一条直线.这 28 里，C为沿垂直膜面方向上的原子分数，y为沿 垂直膜面方向的探测深度. 100 (b) Ta/FeMn/NiFe 80 由图3的数据，作出了NFe层和FeMn层 新 6 界面附近(5nm范围内)Mn的lnC-y的关系曲 线，图4所示.从中可以发现，在100-200℃温 30 度范围内，Mn原子的lnC~y"曲线中在离开界 0 100 (c) Ta/FeMn/NiFe 面稍远处有一段呈很好的线性关系，表明在 Ni 80 NFe和FeMn层的互混中Mn原子存在着沿晶 界扩散.在紧靠界面处，由于同时存在体扩散和 40 20 沿晶界扩散，lnC-y不呈线性关系.300℃时在 0 界面附近不存在这种线性关系，实际上此时不 00510152025303540 但有晶界扩散，而且由于温度较高，晶内扩散的 探针深度nm 作用己不能忽略. 图3 Ta/NiFe/FeMn/Ta多层膜经过不同温度退火后， 3.6F。。 AES得到的沿垂直膜面方向的成分分布图.(a)0.4Pa, 3.2x°。 。100℃ ·200℃ 300℃；b)0.4Pa,200℃；()0.4Pa,100℃. 2.8 300℃ 约为20nm,表明NiFe已经完全穿透了FeMn层， 是2g 而且扩散到了Ta层，这自然要影响FeMn的磁 2.0 性 1.6 1.2 样品在热处理时要发生2个过程，即内应力 7072747678808284868890 的消除和层间原子的互扩散，在镀膜时由于基 y /nm 片温度较低，成膜速率又较快，因而在膜内存在 较大的内应力，这些应力的存在，使钉扎场降 图4经不同温度退火后，NiFe/FeMn界面附近Mn 低.退火能有效地降低内应力，提高钉扎场的大 原子的lnCy关系曲线 小回：另一方面，由图1可见，各层由纳米柱状晶 3结论 构成，晶界垂直于层界面.随着退火温度的升 研究了以反铁磁性合金FeMn为钉扎层的 高，不同层之间的原子互扩散（包括晶内扩散和 自旋阀的热稳定性.低于200℃的退火能有效 沿晶界扩散)会随之加剧.对于铁锰合金，不同 的提高钉扎场；退火温度高于200℃时，自旋阀 的Fe/Mn原子数比所表现出的反铁磁性会有很 的钉扎场下降，其他性能也要恶化.在300℃时 大差异，Fe/Mn原子数比约为l时反铁磁性最 钉扎场降为零，从而GMR现象消失.AES的结 强，因而钉扎效应最佳，原子间的扩散能改变 果表明，在200℃以下时薄膜中的扩散主要是 FeMn层的成分，影响钉扎场的大小.在l00℃ 时内应力的释放可能还不明显，但界面上沿晶 沿晶界扩散；在300℃时体扩散的作用不能忽 略 界的扩散已经发生，因此钉扎场降低；在100 ~200℃间时，内应力得到较大的释放，其对钉 参考文献 扎场的有利影响要强于扩散的不利作用，使得 1 Alexander M.Zeltser,Katalin Pentek.Thermal Stability 钉扎场变大：当温度高于200℃，膜内应力大部 of CoFe,Co and NiFe/Co Spin-valves.IEEE Trans,1998, 分得到释放，但由于扩散加刷，必然影响到Fe 344):1417 和Mn的原子数比，削弱FeMn层的反铁磁性， 2 Li Shuxiang,Yan Minglang,Yu Chengtao,et al.Effect of Interface on the Properties of Ti/NiFe Thin Films.J Appl 使得FeMn层的钉扎作用减弱，在300℃时钉扎 Phys,1994,75(10):6504 作用完全消失， 3 Mishin Y,Chr Herzig,Bernardini J,et al.Grain Boundary 利用AES深度分析结果，可以计算沿晶界 Diffusion:Fundamentals to Recent Developments.Inter-

V bl j l N O 一 5 柴春林等 : 自旋阀结构多层膜 的热稳 定性 … ( a) 丫雀瘩 扩 散 的扩散 系数和 激 活能 . iF s h er 认为 , 如 果 两 层膜之 间的扩散主 要是沿 晶界扩 散的话 , 那么 in C 与尹之 间的关系 曲线应该是一 条直线 . 这 里 , C 为沿垂直膜面方 向上的原子分数 , y 为沿 垂 直膜面方 向的探测 深度 `3] . 由 图 3 的数据 , 作 出了 N 正 e 层和 F e M n 层 界面 附近 (5 nI 范 围 内)M n 的 in C 一 尹 , 的关系 曲 线 , 图 4 所 示 . 从 中可 以发现 , 在 1 0 、 2 0 ℃ 温 度 范围 内 , M n 原子 的 in c 一 尹 , 曲线 中在 离开 界 面 稍 远 处有 一 段 呈 很好 的线 性 关系 , 表 明在 N IF e 和 eF M n 层 的互混 中 M n 原子 存在着沿 晶 界扩散 . 在紧靠界面处 , 由于 同 时存 在体扩 散和 沿 晶界扩散 , in C 一 尹 , 不呈线性关系 . 3 0 ℃ 时在 界面 附 近不存 在这种线 性关系 , 实际 上此 时不 但有 晶界扩散 , 而且 由于温度较高 , 晶内扩散 的 作用 已不能忽 略 . 甘nn ùUnO ù ǎùnUXù 1nU O 月呀 2 1二. 200864 撼尔吸芝卜 08642 探 针深 度 加m O o材 图 3 r 目N 扭习甲eM 。 门血 多层膜经过不 同温 度退 火后 , A E S 得到 的 沿垂直 膜面方 向的成分分 布图 . a( ) .0 4 P a, 3 0 ℃ ; ( b ) .0 4 aP 声o ℃ ; (c) .0 4 aP ,l o ℃ . 约为 2 0 nr , 表明 N 正e 己经完全穿透 了 eF M n 层 , 而且扩 散到 了 aT 层 , 这 自然 要影响 eF M n 的磁 性 . 样 品在热处理时要发生 2 个过程 , 即 内应力 的消除和层 间原子 的互扩 散 . 在镀膜 时由于 基 片温度较低 , 成膜速率又较快 , 因而在膜 内存在 较大 的 内应力 , 这些应 力的存 在 , 使钉扎场 降 低 . 退火 能有效地降低 内应力 , 提高钉扎场的大 小 〔2 , ; 另一方面 , 由图 1 可 见 , 各层 由纳米柱状晶 构 成 , 晶界垂直 于 层 界 面 . 随着 退火温度 的升 高 , 不 同层之 间 的原子互扩散 (包括 晶 内扩 散和 沿 晶界扩 散)会 随之加剧 . 对 于铁锰合金 , 不 同 的 Fe 爪如 原子数 比所 表现 出 的反 铁磁性会有 很 大差异 , F e 迎吐n 原子 数 比约为 l 时反铁磁性最 强 , 因 而 钉 扎效应最佳 . 原子 间的扩散能 改变 Fe M n 层 的成分 , 影 响钉扎场 的大小 . 在 10 0 ℃ 时 内应力 的释 放可 能还不 明显 , 但 界面上沿 晶 界 的扩散 已 经 发生 , 因 此钉扎 场 降低 ; 在 10 一2 0 0 ℃ 间时 , 内应力得 到较大 的释放 , 其对钉 扎场 的有利影 响要强 于扩 散 的不 利作用 , 使得 钉扎场 变大 ; 当 温度 高于 2 0 ℃ , 膜 内应力大部 分得 到释 放 , 但 由于扩散 加剧 , 必 然影 响到 eF 和 M n 的原子数 比 , 削弱 eF M n 层 的反铁 磁性 , 使得 eF M n 层 的钉扎作用 减弱 , 在 3 0 ℃ 时钉扎 作用完全 消失 . 利用 A E S 深度 分析结 果 , 可 以计算沿 晶 界 3 . 6 3 . 2 2 . 8 勺 2 . 4 口 10 0℃ 2 0 0 ℃ 0 `U, 4 … `, ,1 .1 70 7 2 74 7 6 78 80 82 84 8 6 8 8 9 0 产 加m “ 图 4 经 不同 温度退 火 后 , N 评e lF e M n 界面 附近 M n 原 子 的 in C , 产 关 系 曲线 3 结论 研究 了 以 反 铁磁性合 金 eF Mh 为钉 扎层 的 自旋 阀的热 稳定性 . 低于 2 0 ℃ 的退 火能有效 的提高钉扎场 ; 退火温度 高于 2 0 ℃ 时 , 自旋 阀 的钉扎场下 降 , 其他性 能也要恶化 . 在 3 0 ℃ 时 钉扎场 降为零 , 从而 G M R 现 象消 失 . A E S 的结 果表 明 , 在 2 0 ℃ 以下 时薄膜 中的扩散 主要是 沿晶界扩散 ; 在 3 0 ℃ 时体扩 散的作用 不能忽 略 . 参 考 文 献 1 A l e x an d e r M , Z e lst e ’r K a at 1i n P e nt e k . T h e mr a l S at b i l iyt o f C o F e , C o an d N 正e /C o S Pi n . v a l v e s . IE E E 升an s , 19 9 8 , 3 4( 4 ) : 1 4 1 7 2 L I Sh ux ian g , Y如 M in g l an g , uY C h e n gat o , et a l . E fe e t o f nI te 而 e e o n ht e rP o pe rt i e s o f T诩i F e T h in F il m s . J A P PI P h y s , 1 994 , 75( 10) : 65 04 3 M i s h i n Y, Chr He rz ig , B em ar d l n i J , et a l . G ar i n B o un d ayr D i肋 s i o n : Fun d aJ 旧 e n at l s ot R e e e nt D e v e l o Pm e n t s . Int e r -

·490· 北京科技大学学报 1999年第5期 national Materials Reviews,1997,42(2):155 Appl Phys,1996,79(8):6286 4 Fujiwara H,Nishioka K,Metzger R.Temperature De- 5 MnMichael R D,Watanabe T,Egelhoff W F.Origins of pendence of the Pinning Field and Coercivity of NiFe Coercivity Increase in Annealed Symmetric Spin Valves. Layers Coupled with an Antiferromagnetic FeMn Layer.J IEEE Trans,1996,32:4636 Thermal Stability of Spin-valve Multilayers Chai Chunlin,Yu Guanghua",Lin Oingying,Lu Zhengqi,Lai Wuyan,Zhu Fengwu 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Central Iron and Steel research Institute,Beijing 100081, China 3)Institute of Physics,Chinese Academy of Science,Beijing 100080,China ABSTRACT Thermal stability and interface diffusion of Si/Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta spin-valve have been investigated.The columnar grains are observed by high resolution electron microscopy(HREM).The pinning field increases when annealing temperature is lower than 200 C;when the annealing temperature is higher than 200 C,the pinning field decreases and other properties deteriorates;at 300C the pinning field will be zero.From the results of Auger electron spectroscopy(AES),it can conclude that the diffusion among layers is mainly along grain boundary when the annealing temperature is lower than 200 C.The effect of bulk dif- fusion should be considered at300℃， KEYWORDS spin-valve;thermal stability;grain boundary diffusion 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition),1999,6(3),183] Development of a New Subermerged Entry Nozzle in Thin Slab Caster Yanping Bao,Jiangiang Zhu,Wei Jiang,Naiyuan Tian,Baomei Xu Abstract:The fluid flow in the mould of the thin slab continuous caster has a large influence on the quality of slabs and its productivity.The fluid flow pattern can be controlled by the SEN(Submerged Entry Nozzle) structure.Traditional SEN can not decrease the surface turbulence and penetration depth at the same time,es- pecially at high casting speed.In order to improve the fluid flow in the mould,a new structure SEN-Dissi- pation SEN have been invented.The water modeling experiments proved that the dissipation SEN could satisfy the needs of fluid flow condition in the mould at high casting speed. Key words:thin slab caster mould;dissipation submerged entry nozzle;water-model

一 4 9 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 9 年 第 5 期 n at i o n a l M at e r i a l s Re v i e w s , 1 9 97 , 4 2 ( 2 ) : 1 5 5 4 F uj iw ar H , N i s h i o k a K , M e tZ g e r R . eT m P e art ur e D e - P e n d e n e e o f th e P in i n g F i e l d an d C o e cr i v iyt o f N IF e L a y e r s C o u P l e d w iht an A n t i fe r o m ag n e t i e F e M n L ay e L J A PP I Ph y s , 19 96 , 79 (8) : 6 2 86 5 M n M i e h a e l R D , W 台t a n ab e T, E g e lh o f W .F O r i g in s o f C o e r e i v i yt I n c r e as e in A n n e a l e d Sy m m e tr i e S Pi n 垅 I v e s . IE E E rT an s , 1 996 , 3 2 : 4 6 3 6 T h e mr a l S t a b iliyt o f S P i n 一 v a l v e M u l t ilay e r s hC a i hC u n li n `) , uY G u a 馆h u a , ) , L in Qi n g夕i n 扩气L u hZ e 尹毯刀护), L a i 用妙 a n , ), hZ u eF 越洲 u` , l ) M at e ir a l S e i en e e an d Egn in e e r in g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 , C h i n a Z) C e ntr ia I onr an d S et e l er s e acr h nI s t 1ut e , B e ij in g l 0 0 8 C h i n a 3 ) I n s t iut t e o f P h y s i e s , C h i n e s e A e a d e my o f s e i e n e e , B e ij ing 1 0 00 80 , C h ina A B S T R A C T Th e mr a l st a b iliyt a n d i n t e r fa e e d i而 s i o n o f s iT/ a/ N IF e C/ u加 iFe 下 e M nf aT sP in 一 v a l v e h va e b e en i n v e st ig a t e d . Th e e o l um n ar gr a i n s ar e o b s e vr e d b y h i g h r e s o lut ion e l e e otr n m i c or s e op y ( H RE M ) . hT e Pin i n g if e ld in e r e a s e s w h e n an e a li n g t e m P e r a trU e 1 5 l o w e r ht an 2 0 0 ,C : hw e n het an e a lin g et m Pe r a n叮 e 1 5 h i hg er ht an 2 0 0 oC , ht e P in i n g if e ld d e e r e a s e s an d o ht e r Por Pe rt i e s d et e ir o r at e s ; at 3 0 0 ,C ht e Pin in n g if e ld w i ll b e z e r o . Fr o m t h e r e s u lt s o f A u g e r e l e e otr n s Pe e tr o s e o Py ( A E S ) , it e an c on c l u d e ht at ht e id 肋 s i o n am o gn lay e r s 1 5 m a i n l y a l o n g gr a i n b o un d a yr w h e n ht e an e a li n g t e m Pe r a n ir e 1 5 l o w e r ht an 2 0 0 ,C . hT e e fe e t o f b u lk id -f fu s i o n s h o u ld b e e o n s i d e r e d at 3 0 0 ℃ . K E Y W O R D S s Pi n 一 v a l v e : ht emr a l s t a b iliyt : gr a i n b o un d a yr d i伪 s i o n O[J u nr a l of nU iv e sr 仰 of cs i e n c e a n d eT c h n o l o舒 B e扩ign (E n g lis h E id tio n ) , 19 9 9 , 6 ( 3 ) , 18 3」 D e v e l o P m e n t o f a N e w S u b e r m e r g e d E n t yr N o z z l e i n T h i n S l a b C a s et r aY 即加g B a o , iJ a n q ia 护Z g hZ u, 脸i ij a gn, aN iy u a 月 万 a ,n aB o m e i Xu A b s t r a e t : T h e fl u id fl o w i n t h e m o u ld o f t h e ht i n s l a b e o n t i n u o u s e a s et r ha s a l agr e in fl u e n e e o n ht e qu a liyt o f s l a b s an d it s P r o du e t i v iyt . T h e fl u i d fl o w P a t e m e an b e e o n tr o ll e d b y ht e S E N ( S ub m e gr e d E n ytr N o z z l e ) s utr c trU e . rT a d it i o n a l SE N e an n o t d e e r e a s e ht e s ur af e e trU b u l e n e e an d Pen e tr at ion de Pht at ht e s am e t im e , e s - Pe e i a ll y a t h i g h e a s t i n g s P e e d . I n o r d e r t o im P r o v e ht e fl u id fl o w i n ht e m o u ld , a n e w s trU e trU e S E N 一D i s s i - Pa t i o n S E N h a v e b e e n i n v e nt e d . T h e w a t e r m o d e li n g e x Pe r irn e nt s P r o v e d ht at ht e id s s iP at i o n S EN c o u ld s at i s fy ht e n e e d s o f fl u id fl o w e o n d it i o n i n th e m o u ld at h ig h e a s t i n g s Pe e d . K e y w o r d s : ht i n s l a b e a s t e r m o u ld : d i s s iPa t i o n s ub m e gr e d e n ytr n o z l e : w at e r 一 m o d e l