Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/Ni65Co35双层膜各向异性磁电阻和矫顽力的影响

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.017 第27卷第4期 北京科技大学学报 VoL.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/NisCo3s双层膜 各向异性磁电阻和矫顽力的影响 张辉12滕蛟12马纪东》于广华”胡强》 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)中国科学院物理研究所，北京100080 摘要研究了Ta种子层的厚度、溅射速率对TaNi,Co:双层膜各向异性磁电阻值(pp)、矫 顽力和织构的影响.研究表明，适当的Ta层厚度和较高的Ta层溅射速率对提高TaNi,Co,双 层膜的△plp是有效的.Ta种子层的使用增大了TaNi,Co:双层膜的矫顽力而其溅射速率对Tal NiCo,双层膜矫顽力的影响很小， 关键词Ta种子层：溅射速率：各相异性磁电阻：矫顽力：(11)织构 分类号TM271 随着基于各向异性磁电阻(AMR)效应磁电 1实验 子器件的微型化，要求制备的AMR薄膜厚度必 须非常薄，以减小退磁场而使器件获得较高的输 采用磁控溅射方法在玻璃基片上制备薄膜， 出信号.但是，薄膜的AMR值（△pp)随其厚度变 制备过程中使用循环水冷却基片.靶材为NCo 薄而急剧减小，降低了器件的输出信号，不利于 合金靶.成膜时，在平行于玻璃基片表面方向加 材料的应用.为提高薄膜的△plp,一般在制备薄 有36kAm的诱导磁场.本底真空优于1×10 膜前，先制备几个纳米厚的种子层，然后在种子 Pa,溅射气压为0.5Pa.薄膜厚度由溅射时间控 层上制备所需的AMR薄膜，如Lee利用NiFeCr 制.为了研究Ta种子层的厚度和溅射速率对 作为种子层制备NiFe薄膜，显著地提高NiFe薄 Ni6sCos薄膜△plp、矫顽力和织构的影响，Ni,Co5 膜的△plp.Ta由于电阻率非常大，是AMR、巨磁 薄膜的厚度固定为20nm,其溅射速率固定.在两 电阻(GMR)等薄膜材料最常用的种子层材料，对 种不同的Ta层溅射速率下，改变Ta种子层厚度 于AMR薄膜而言，Ta的厚度要适当，太厚会因为 (1~5nm)制备Ta/Ni,Cos双层膜.实验中Ta的溅射 T层的分流而使输出电压降低，太薄则不利于提 速率分别为0.28,0.10nms',下文分别称为较高 高△plp.NiCo合金具有比NiFe高的△plp,体材料 和较低溅射速率.同时也制备了没有Ta种子层 时其△plp为6%-7%，在30nm时其plp值可达 的Nis,Cos单层膜以和Ta/Ni6,Cos双层膜比较. 3.8%网.而且，其饱和场较大，可使磁电子器件的 薄膜的AMR值（△plp)由四探针法测量.薄膜 工作范围比NiFe薄膜更大. 的晶体结构用X射线衍射仪(XRD)测定，磁滞回 本文利用Ta作为种子层制备Nis,Cos薄膜， 线用振动样品磁强计(VSM)测量，所有测量均在 研究了Ta种子层的厚度、溅射速率对Ni,Cos薄 室温下进行， 膜AMR值（△pp以、矫顽力和织构的影响.这些研 究结果对进一步扩大NCo合金薄膜在磁传感器 2结果与讨论 领域的应用有重要意义· 图1给出在两种Ta层溅射速率下Ta/NisCoas 收稿日期：2004-05-10修回日期：200509-10 双层膜的△pp随Ta层厚度的变化关系，由图可 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.50271007),教育部 以看出，在较高溅射速率下，Ta/Ni,Co:双层膜的 博士点基金(No.20030008003)及教育部科学技术研究重点项 △plp始终随Ta层厚度的增加而增大，从Ta层为 目No.104023) 作者简介：张辉(978一)男，博士研究生 0nm时的3.6%增加到5m时的4.6%.在较低溅

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 一 一 种子层厚度及溅射速率对 脚坛 ， 双层膜 各 向异性磁 电阻和矫顽 力的影响 张 辉 ’， 滕 蛟 ‘， 马 纪 东 ‘， 于 广华 ” 胡 强 ” 北 京 科 技 大 学材料 科 学 与 工 程学 院 ， 北 京 中 国科 学 院物理研究 所 ， 北 京 摘 要 研 究 了 种 子 层 的 厚 度 、 溅射速 率对 几州蝙 伪 ， 双 层 膜 各 向异 性 磁 电阻 值 彻加 、 矫 顽 力 和 织构 的影 响 研 究表 明 ， 适 当 的 层 厚度 和 较 高 的 层 溅射速率对 提 高 蝙 ， 双 层 膜 的 如加是 有 效 的 种 子 层 的使用 增 大 了 习 。 ， 双 层 膜 的矫顽 力而 其溅 射 速率对 ’ 伪， 双层 膜矫顽 力的影 响很 小 ‘ 关键 词 种 子 层 溅射速 率 各 相 异 性磁 电阻 矫顽 力 织 构 分 类号 随着 基 于 各 向异 性 磁 电阻 效 应 磁 电 子器 件 的微 型化 ， 要 求 制 备 的 薄膜 厚 度 必 须 非 常薄 ， 以减 小退磁场 而使器件 获得较 高 的输 出信 号 但 是 ， 薄膜 的 值 却加 随其 厚度 变 薄 而 急剧 减 小 ， 降低 了器 件 的输 出信 号 ， 不利 于 材料 的应 用 为提 高薄膜 的 如加 ， 一般 在 制 备 薄 膜 前 ， 先 制 备几 个 纳 米 厚 的种 子层 ， 然 后 在 种 子 层 上 制 备所 需 的 薄 膜 ， 如 利 用 作 为种 子层 制 备 正 薄膜 ， 显 著地 提 高 薄 膜 的 如 由于 电阻 率 非 常 大 ， 是 、 巨磁 电阻 等 薄膜 材 料 最 常用 的种 子 层材 料 对 于 薄膜 而 言 ， 的厚度 要 适 当 ， 太 厚会 因 为 层 的分流 而 使输 出 电压 降低 ， 太 薄 则不 利于提 高 如 合 金 具 有 比 高 的 如勿 ， 体 材 料 时其 如少为 一 ， 在 时其 如加值 可 达 侧 而 且 ， 其 饱 和 场 较 大 ， 可 使磁 电子器 件 的 工 作 范 围 比 薄 膜 更 大 本 文 利 用 作 为种 子层 制 备 端 伪 。 薄膜 ， 研 究 了 种 子层 的 厚度 、 溅 射 速 率 对 坛 伪， 薄 膜 值 彻加 、 矫顽 力和 织 构 的影 响 这 些 研 究结 果 对进 一 步扩 大 合 金 薄 膜 在 磁 传 感 器 领 域 的应 用 有 重 要 意义 收稿 日期 戒巧一 修 回 日期 一 一 基 金 项 目 国家 自然科 学 基 金 资助 项 目 已 ， 教育部 博士 点基 金 。 及 教 育 部科学 技术 研 究重 点 项 目 作 者 简介 张 辉 一 ， 男 ， 博 士 研 究 生 实 验 采 用 磁控 溅射 方 法 在玻璃 基 片上 制 备 薄膜 ， 制 备 过程 中使 用 循 环 水 冷 却 基 片 靶 材 为 记。 合 金 靶 成 膜 时 ， 在 平 行 于 玻 璃 基 片表 面 方 向加 有 · 一 ’ 的诱 导磁 场 本 底 真 空优 于 ” 叫 ， 溅 射 气 压 为 薄膜 厚度 由溅 射 时 间控 制 为 了 研 究 种 子 层 的 厚 度 和 溅 射 速 率 对 坛 伪， 薄膜 如加 、 矫 顽 力和 织 构 的影 响 ， “ 薄膜 的厚度 固定 为 ， 其溅 射速 率 固定 在 两 种 不 同的 层 溅 射速 率 下 ， 改变 种 子 层 厚度 一 制 备 “ 伪 ， 双 层 膜 实验 中 的溅 射 速 率 分别 为 ， · 一 ’ ， 下 文 分 别 称 为较 高 和 较 低 溅射 速 率 同 时也 制 备 了没 有 种 子 层 的 ， 单层 膜 以和 留 ， 双层 膜 比较 薄膜 的 值 如加 由四探 针 法 测 量 薄 膜 的 晶体 结构 用 射 线衍 射 仪 】功 测 定 磁 滞 回 线 用 振 动 样 品 磁 强计 测 量 所 有 测 量 均 在 室 温 下 进 行 ， 结 果 与讨 论 图 给 出在 两 种 层溅 射 速 率 下 几 “ 双 层 膜 的 如加随 层 厚 度 的变 化 关 系 由图可 以看 出 ， 在较 高溅 射 速 率下 ， 伪 ， 双 层 膜 的 如 始 终 随 层 厚度 的增 加而 增 大 ， 从 层 为 时 的 增 加 到 时 的 在 较 低 溅 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．04．017

Vol27No.4张辉等：Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/NiC0s双层膜各向异性磁电阻和矫硕力的影响·459· 射速率下，开始时△plp随着Ta层厚度增加而增 膜的电阻率是有效的.对△p的测量表明，Ta层的 大，在4m左右时达到极大值，以后又开始减小， 溅射速率和厚度对△的大小几乎没有影响，由 在较低藏射速率下△plp随Ta层厚度的变化趋势 此可见，较厚的T层和较高的溅射速率降低了 和Gong报道的Ta/NiFe薄膜结果是一致的.在 Ta/NiCo3s双层膜的p从而导致△plp变大， l~5nm的Ta层厚度范围内，较高溅射速率下的 所制备的NiCo5薄膜的矩形比都为1（图3）. △ypp明显高于较低溅射速率.在本实验中，较高 这主要和薄膜制备过程中附加的磁场有关，在薄 溅射速率下Ta层厚度为5nm左右是获得高△plp 膜制备过程中，由于沿膜面附加的磁场在膜面内 的合适厚度，而在较低溅射速率下，Ta层厚度为 诱导了-一个感生各向异性，使得易磁化轴和附加 4nm左右是适合的. 磁场方向平行.当平行于该易磁化轴磁化时，畴 图2给出在两种Ta层溅射速率下Ta/NisCo3s 壁移动变得容易，使得材料具有很高的矩形比， 双层膜的电阻率p随Ta层厚度的变化关系.由图 图3给出没有Ta种子层和两种Ta层溅射速率下 可见，在Ta层两种不同溅射速率下，TaNi6sCo:双 厚度为2nm时的Ta/NissCoxs双层膜平行于易磁化 层膜的电阻率都随着Ta层厚度的增加而减小， 轴的磁滞回线.由图3可以看出，不同制备条件 从没有Ta时的30.2μ2cm分别减小到22.0和23.0 下NissCo3s薄膜的矫顽力是不同的. u2·cm.在Ta层厚度小于3nm时，电阻率的减小 图4给出两种Ta层溅射速率下Ta/Nis,Cos双 趋势较明显，超过3nm电阻率下降较缓慢.较高 层膜的矫顽力和T层厚度的关系.从图可以看 溅射速率下TaNi,Co5双层膜的电阻率始终低于 较低溅射速率下的电阻率.由此可见，较高的Ta 1.0 层溅射速率和较厚的Ta层对降低Ta/Ni:Co双层 0.5 4.8 Ta层2nm, 0.0 0.28nms 4.6 Ta层2nm 4.4 0.5 0.10nms- 4.2 Ta(0 nm) -1.0 4.0 3.8 -■-0.10nm-s'(Ta层) -3.2 -1.6 0 1.6 3.2 -●-0.28nms(Ta层) H/(kA-m-) 3.6 图3Ta(0nm)/NiCo,Ta(2nm)/Ni,C0sTa层0.28nm's)和 234 5 Ta(2nm)Ni,Co,(Ta层0.10nms)薄膜的磁滞回线（外磁场平 Ta层厚度/rm 行于易磁化轴) 图1两种Ta层溅射速率下TaNL,Cos双层膜△plp随Ta层厚 Fig.3 Magnetic loops of Ta(nm)/Ni Co Ta(2nm)/NiCo(Ta 度的变化 seed layer 0.28 nm-s)and Ta(2 nm)/NisCoxs (Ta seed layer 0.1 Fig.I Ap/p values of Ta/NiCoxs bilayers at two different deposition nm-s).The applied field is along the easy axis rates of Ta seed layer as a function of Ta seed layer thickness 900 30 -■-0.10 nm.sTa层) 850 -◆-0.28 nm-s(Ta层) 28 800 750 700 24 650 --0.10nms(Ta层) 22 600 -。-0.28nms'Ta层) 550 0 2 3 4 0 1 2 3 5 Ta层厚度/nm Ta层厚度/nm 图2两种Ta层澱射速率下Ta/Ni,Co,双层膜电阻率p随Ta 图4两种Ta层溅射速率下Ta/Ni,C0双层膜的矫顽力H和 层厚度的变化 Ta层厚度的关系 Fig.2 p values of Ta/NiCom bilayers at two different deposition Fig.4 Coercivity H of Ta/NiesCoss bilayers at two different deposi- rates of Ta seed layer as a function of Ta seed layer thickness tion rates of Ta seed layer as a function of Ta seed layer thickness

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 一 一 种子层厚度及溅射速率对 脚坛 ， 双层膜 各 向异性磁 电阻和矫顽 力的影响 张 辉 ’， 滕 蛟 ‘， 马 纪 东 ‘， 于 广华 ” 胡 强 ” 北 京 科 技 大 学材料 科 学 与 工 程学 院 ， 北 京 中 国科 学 院物理研究 所 ， 北 京 摘 要 研 究 了 种 子 层 的 厚 度 、 溅射速 率对 几州蝙 伪 ， 双 层 膜 各 向异 性 磁 电阻 值 彻加 、 矫 顽 力 和 织构 的影 响 研 究表 明 ， 适 当 的 层 厚度 和 较 高 的 层 溅射速率对 提 高 蝙 ， 双 层 膜 的 如加是 有 效 的 种 子 层 的使用 增 大 了 习 。 ， 双 层 膜 的矫顽 力而 其溅 射 速率对 ’ 伪， 双层 膜矫顽 力的影 响很 小 ‘ 关键 词 种 子 层 溅射速 率 各 相 异 性磁 电阻 矫顽 力 织 构 分 类号 随着 基 于 各 向异 性 磁 电阻 效 应 磁 电 子器 件 的微 型化 ， 要 求 制 备 的 薄膜 厚 度 必 须 非 常薄 ， 以减 小退磁场 而使器件 获得较 高 的输 出信 号 但 是 ， 薄膜 的 值 却加 随其 厚度 变 薄 而 急剧 减 小 ， 降低 了器 件 的输 出信 号 ， 不利 于 材料 的应 用 为提 高薄膜 的 如加 ， 一般 在 制 备 薄 膜 前 ， 先 制 备几 个 纳 米 厚 的种 子层 ， 然 后 在 种 子 层 上 制 备所 需 的 薄 膜 ， 如 利 用 作 为种 子层 制 备 正 薄膜 ， 显 著地 提 高 薄 膜 的 如 由于 电阻 率 非 常 大 ， 是 、 巨磁 电阻 等 薄膜 材 料 最 常用 的种 子 层材 料 对 于 薄膜 而 言 ， 的厚度 要 适 当 ， 太 厚会 因 为 层 的分流 而 使输 出 电压 降低 ， 太 薄 则不 利于提 高 如 合 金 具 有 比 高 的 如勿 ， 体 材 料 时其 如少为 一 ， 在 时其 如加值 可 达 侧 而 且 ， 其 饱 和 场 较 大 ， 可 使磁 电子器 件 的 工 作 范 围 比 薄 膜 更 大 本 文 利 用 作 为种 子层 制 备 端 伪 。 薄膜 ， 研 究 了 种 子层 的 厚度 、 溅 射 速 率 对 坛 伪， 薄 膜 值 彻加 、 矫顽 力和 织 构 的影 响 这 些 研 究结 果 对进 一 步扩 大 合 金 薄 膜 在 磁 传 感 器 领 域 的应 用 有 重 要 意义 收稿 日期 戒巧一 修 回 日期 一 一 基 金 项 目 国家 自然科 学 基 金 资助 项 目 已 ， 教育部 博士 点基 金 。 及 教 育 部科学 技术 研 究重 点 项 目 作 者 简介 张 辉 一 ， 男 ， 博 士 研 究 生 实 验 采 用 磁控 溅射 方 法 在玻璃 基 片上 制 备 薄膜 ， 制 备 过程 中使 用 循 环 水 冷 却 基 片 靶 材 为 记。 合 金 靶 成 膜 时 ， 在 平 行 于 玻 璃 基 片表 面 方 向加 有 · 一 ’ 的诱 导磁 场 本 底 真 空优 于 ” 叫 ， 溅 射 气 压 为 薄膜 厚度 由溅 射 时 间控 制 为 了 研 究 种 子 层 的 厚 度 和 溅 射 速 率 对 坛 伪， 薄膜 如加 、 矫 顽 力和 织 构 的影 响 ， “ 薄膜 的厚度 固定 为 ， 其溅 射速 率 固定 在 两 种 不 同的 层 溅 射速 率 下 ， 改变 种 子 层 厚度 一 制 备 “ 伪 ， 双 层 膜 实验 中 的溅 射 速 率 分别 为 ， · 一 ’ ， 下 文 分 别 称 为较 高 和 较 低 溅射 速 率 同 时也 制 备 了没 有 种 子 层 的 ， 单层 膜 以和 留 ， 双层 膜 比较 薄膜 的 值 如加 由四探 针 法 测 量 薄 膜 的 晶体 结构 用 射 线衍 射 仪 】功 测 定 磁 滞 回 线 用 振 动 样 品 磁 强计 测 量 所 有 测 量 均 在 室 温 下 进 行 ， 结 果 与讨 论 图 给 出在 两 种 层溅 射 速 率 下 几 “ 双 层 膜 的 如加随 层 厚 度 的变 化 关 系 由图可 以看 出 ， 在较 高溅 射 速 率下 ， 伪 ， 双 层 膜 的 如 始 终 随 层 厚度 的增 加而 增 大 ， 从 层 为 时 的 增 加 到 时 的 在 较 低 溅

·460· 北京科技大学学报 2005年第4期 出，在两种Ta层溅射速率下Ta/NiCo3s双层膜的 和电阻率p的高低也能对应起来，即强的(111)织 矫顽力都随着Ta层厚度增加而增加，然后在一 构对应高的△pp及低的电阻率，从上述分析来 定的厚度达到饱和.较高溅射速率下的Ta/ 看，对于TaNi6sCo双层膜，强的(111)织构对提高 Ni6,Cos双层膜在Ta层厚度为3nm时接近饱和， △plp是必要的.这个结果和Gong报道的Ta/NiFe 较低溅射速率下的则在4nm达到饱和，但是Ta 薄膜结果是一致的， 种子层溅射速率只是在Ta层厚度为l~4nm范围 Ta层在几个纳米厚时，容易形成亚稳的四方 内对Ta/Ni6,Cos双层膜的矫顽力有一定影响，在 B相，在这种Ta层上生长面心立方结构的NiFer9 其他范围影响不是很大， 薄膜具有很强的(111)织构.对于面心立方结构 图5为两种Ta层溅射速率下不同Ta层厚度 的材料而言，(111)面是表面能最小的晶面.薄膜 的TaNi,C0s双层膜20在40°-55°之间的XRD谱. 在生长过程中，材料的表面能和应变能影响着晶 富Ni的NiCo合金能构成无限固溶的面心立方结 粒的取向，如果薄膜生长过程中仅存在很小的应 构固溶体，晶格常数随着Ni的成分而变化.从 变能，那么为减小表面能晶粒将尽可能选择(111) 图5可见，没有Ta种子层时Ni,Co,薄膜的XRD 面平行表面，从而出现(111)织构.本实验结果是 谱中只有一个非常弱的(111)峰（见图5曲线a).当 面心立方结构的Ni6Cos薄膜在Ta层上生长形成 Ta层厚度增加时，(111)峰的强度也越来越强，而 (111)织构(2日≈44.4)而没有出现其他衍射峰，表 且，对于同样的Ta层厚度，较高溅射速率下Tal 明在薄膜中内应力很小，造成的应变能不大， Ni,C0双层膜(111)峰强度明显高于较低溅射速 在薄膜生长过程中，晶粒的取向影响着晶粒 率下的强度（例如比较图5中曲线b和c).当Ta层 尺寸.单一的强织构有利于晶粒的长大，不同 厚度达到5nm时，两种溅射速率下Ta/NisCo3s双 取向的织构则会导致晶粒尺寸减小.如Lee利用 层膜的(111)峰都分别达到最强，而较高溅射速率 NiFeCr作为种子层制备Ni证FeCr/NiFe薄膜时发现 下的又明显高于较低溅射速率下的强度（比较图 在面心立方结构的NFe薄膜中单一的强(111)织 5中曲线e,).在较高溅射速率下，随着Ta层厚度 构对应着大的晶粒尺寸.Jung利用Cu作为种子 逐渐增加，TaNi,Cos双层膜逐渐增强的晶粒择 层制备Cu/FeCo薄膜时发现，当Cu层厚度从0-20 尤取向(111)织构与TaNi,Co:双层膜△plp的 nm逐渐增加时，在体心立方结构的FeCo薄膜中 增大、电阻率p的下降相对应（见图1和图2），且 (200)衍射峰逐渐减弱，而(110)峰逐渐增强，在此 TaNi,Co,双层膜最强的(I11)织构对应较大的 过程中，FeCo薄膜的晶粒尺寸则逐渐减小.从图 △pp(4.6%)和较小的电阻率(22.0μ2cm).在较低 5可看出，当20在40-55°之间时，Ta/NisCos双层 溅射速率下，电阻率的变化趋势和(111)织构的变 膜中都只出现随Ta层厚度逐渐增强的(111)织 化趋势也能对应起来.但是大的△p并没有对应 构.因此，随着Ta/Ni,Cos双层膜(1l1)织构的增 该速率下(111)织构最强的5nm(Ta层厚度)而是 强，换言之，随着Ta层厚度的增加，NieCOjs薄膜 对应较弱的4nm(Ta层厚度)（比较图1和图5中 中的晶粒尺寸可能是逐渐增大的，在某个Ta层 曲线b,d,e).对同一Ta层厚度，在Ta层两种溅射 厚度达到一个饱和值.大的晶粒尺寸不仅会导致 速率下Ta/Ni,Co;双层膜(111)织构强弱与其△plp Ta/NisCos双层膜的电阻率降低，提高Ta/NissCo3s 双层膜的△plp(见图1)，但也会使TaNi,Cos双层 NiCo(111) a:Ta层0nm b:Ta层1nm,0.1nms 膜的矫顽力增大（见图4）5,91 c:Ta层1nm,0.28nm~s d:Ta层4nm,0.lnms 结论 e:Ta层5nm,0.lnms' ETa层5nm,0.28m~s (l)较高的Ta层溅射速率和适合的Ta层厚度 对降低Ta/Nis,Cos双层膜的p而提高△plp是有 利的. (2)较强的Ta/Ni.sCox双层膜(111)织构对获得 38404244464850525456 高△plp是必要的. 28/() (3)Ta层的溅射速率对Ta/NissCos双层膜矫顽 图5两种Ta层溅射速率下Ta/NisCos双层膜的XRD谱 力的影响较小，但其厚度对Ta/Nic,Co;双层膜的 Fig.5 XRD of Ta/Ni Coxs bilayers at two different deposition rates of Ta layer 矫顽力有一定影响

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 出 ， 在 两种 层 溅射 速 率下 几 编 伪， 双 层 膜 的 矫顽 力都 随着 层 厚度 增 加 而 增 加 ， 然 后 在 一 定 的 厚 度 达 到 饱 和 较 高 溅 射 速 率 下 的 ’ “ 伪。 双 层 膜 在 层 厚度 为 时接 近 饱 和 ， 较低 溅射 速 率 下 的则 在 达 到饱 和 但 是 种 子 层溅 射 速 率只 是在 层 厚度 为 一 范 围 内对 盯 伪， 双 层 膜 的矫顽 力 有 一 定 影 响 ， 在 其他 范 围影 响不 是 很 大 图 为两 种 层溅 射 速 率 下 不 同 层 厚度 的 ’ 闪 伪， 双 层 膜 在 一 之 间 的 谱 富 的 合 金 能构 成 无 限 固溶 的面 心 立 方 结 构 固溶 体 ， 晶格 常 数 随着 的成 分 而 变化 ‘叼 从 图 可 见 ， 没 有 种 子 层 时 蝙 伪， 薄膜 的 谱 中只 有 一个 非 常 弱 的 峰 见 图 曲线 当 层 厚度 增 加 时 ， 峰 的强度 也越 来越 强 ， 而 且 ， 对 于 同样 的 层 厚度 ， 较 高溅 射速 率 下 留 伪。 双 层 膜 峰 强度 明显 高 于较 低溅 射 速 率 下 的强度 例 如 比较 图 中 曲线 和 当 层 厚度 达 到 时 ， 两种 溅 射 速 率 下 初 蝙 伪， 双 层膜 的 峰都分 别达 到最 强 ， 而较 高溅射速 率 下 的又 明显 高于 较低溅 射 速 率 下 的强度 比较 图 中 曲线 ， 在 较 高溅 射 速 率 下 ， 随着 层 厚度 逐 渐 增 加 ， 肠刀又蝙 伪 双 层 膜 逐 渐 增 强 的 晶粒 择 尤 取 向－ 织 构 与 工盯 编 伪 ， 双 层 膜 彻加的 增 大 、 电阻 率 的下 降相 对 应 见 图 和 图 ， 且 叮 蝙 。 双 层 膜 最 强 的 织 构 对 应 较 大 的 如加 和 较 小 的 电 阻率 啤 · 在 较低 溅 射速 率下 ， 电阻率 的变 化 趋 势和 织 构 的变 化趋 势 也 能对应起 来 但 是大 的 如 并没有 对应 该速 率下 织 构 最 强 的 层 厚度 而 是 对 应 较 弱 的 层 厚度 比较 图 和 图 中 曲线 ， ， ， 对 同一 层 厚度 ， 在 层 两 种 溅 射 速 率 下 留 伪 ， 双 层 膜 织 构 强弱 与其 彻加 层 层 ， · 一 ’ 层 ， · 一 ， 层 ， · 一 ， 层 ， · 一 ， 〔 几 层 ， · 一 ， 和 电阻 率 的高低 也 能对 应起 来 ， 即 强 的 织 构 对 应 高 的 如 及 低 的 电 阻 率 从 上 述 分 析 来 看 ， 对 于 蝙 伪，双 层膜 ， 强 的 织 构对 提 高 如 是 必 要 的 这 个 结 果 和 报 道 的 正 薄膜 结 果 是 一 致 的 层 在 几个 纳米 厚 时 ， 容 易形 成 亚稳 的 四方 相 ， 在 这种 层 上 生 长 面 心 立 方 结 构 的 知 薄膜 具 有 很 强 的 织 构 ‘ 对 于 面 心 立 方 结 构 的材 料 而 言 ， 面 是表 面 能最 小 的 晶面 薄膜 在 生 长 过程 中 ， 材料 的表 面 能和应 变 能影 响着 晶 粒 的取 向 如 果 薄膜 生长过 程 中仅 存在 很 小 的应 变 能 ， 那 么 为减 小表 面 能 晶粒将 尽 可 能选择 面 平 行 表 面 ， 从 而 出现 织 构 本 实验 结 果 是 面 心 立 方 结 构 的 蝙 。 ，， 薄膜 在 层 上 生 长 形 成 织 构 二 而 没 有 出现 其 他衍 射 峰 ， 表 明在 薄膜 中 内应 力很 小 ， 造 成 的应 变 能 不大 在 薄膜 生 长 过程 中 ， 晶粒 的取 向影 响着 晶粒 尺 寸 ，刃 单 一 的强织 构 有 利 于 晶粒 的长 大 ， 不 同 取 向的织 构 则会 导致 晶粒 尺 寸减 小 如 ‘ 利 用 作 为种 子层 制 备 薄 膜 时发现 在 面 心 立 方 结 构 的 正 薄膜 中单 一 的强 织 构对 应 着 大 的 晶粒 尺 寸 ，利 用 作 为种 子 层 制 备 薄膜 时发现 ， 当 层 厚度 从 一 逐 渐 增 加 时 ， 在 体 心 立 方 结 构 的 。 薄膜 中 衍 射 峰逐 渐减 弱 ， 而 峰逐 渐 增 强 ， 在 此 过程 中 ， 薄 膜 的 晶粒 尺 寸则 逐渐 减 小 从 图 可 看 出 ， 当 在 一 之 间 时 ， 留 ， 双 层 膜 中都 只 出现 随 层 厚度 逐 渐 增 强 的 织 构 因此 ， 随着 于盯 玩 双 层 膜 织 构 的增 强 ， 换 言 之 ， 随着 层 厚度 的增 加 ， 蝙 。 薄 膜 中的 晶粒 尺 寸可 能是逐 渐 增大 的 ， 在某 个 层 厚度 达 到一个饱和 值 大 的 晶粒 尺 寸不仅会 导致 ，」抽 蝙 伪， 双 层 膜 的 电阻 率 降低 ， 提 高 知 坛 侃 双 层 膜 的 彻加 见 图 ， 但 也 会 使 盯 蝙 伪。 双 层 膜 的矫顽 力增 大 见 图 ，， 沪 夕 图 两 种 层 溅射速 率下 朋坛 。 二 双 层膜 的 谱 夸 ‘ ， 甄 妞盯 诚代 ， 结 论 较 高 的 层 溅 射速 率 和 适 合 的 层 厚度 对 降 低 ’ “ 伪 。 双 层 膜 的 而 提 高 如加是 有 利 的 较 强 的 盯 ， 双层 膜 织 构对 获得 高 如 是 必 要 的 层 的溅射 速 率 对 留 ， ， 双 层膜 矫顽 力 的影 响较 小 ， 但 其 厚度 对 留 坛 伪， 双 层 膜 的 矫 顽 力有 一 定 影 响 侧票留霉

Vol27No.4张辉等：Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/NiC0s双层膜各向异性磁电阻和矫顽力的影响·461· 参考文献 [6]Hyung J L.Texture and morphology of sputtered Cr thin films. [1]Lee WY,Toney MF,Mauri D.High magnetoresistance in sput- J Appl Phys,1985,57:4037 [7]Li T,Gareth T.Microstructure and texture evolution of Cr thin tered permalloy thin films through growth on seed layers of (NisFeo)Cr,.IEEE Trans Magn,2000,36:381 films with thickness.JAppl Phys,1993,74:5025 [8]Li T,Dong L,Gareth T.Transmission electron microscopy study [2]McGuire T R,Potter R I.Anisotropic magnetoresistance in fer- romagnetic 3d alloys.IEEE Trans Magn,1975,11:1018 of microstructure and [11-20/]polycrystalline epitaxy of [3]Gong H,Litvinov D,Klemmer T J,et al.Seed layer effects on the CoNiCr/Cr bilayer films.J Appl Phys,1995,77:47 [9]Li LL,David E L,David NL.Seed layer induced (002)crystal- magnetoresistive properties of NiFe films.IEEE Trans Magn, lographic texture in NiAl underlayers.J Appl Phys,1996,79: 2000,36:2963 4902 [4]Massalski T B.Binary Alloy Phase Diagrams.2nd ed.Ohio: [10]Kitada M,Yamamoto K.The effect of annealing on the magnetic ASM Intermational,Materials Park.1990 properties of permalloy films in the permalloy-Ta bilayers.J [5]Jung HS,Doyle WD,Wittig JE,et al.Soft anisotropic high ma- Magn Magn Mater,1995,147:213 gnetization Cu/FeCo films.Appl Phys lett,2002,81:2415 Effects of the thickness and deposition rate of Ta seed layer on the anisotropic mag- netoresistance and coercivity of Ta/NicsCo3s bilayers ZHANG Hui2,TENG Jiao2,MA Jidong",YU Guanghua,HU Oiang 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Institute of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China ABSTRACT The effects of the thickness and deposition rate of Ta seed layer on the anisotropic magnetoresistance (AMR)and coercivity of Ta/Nis Cos bilayers were investigated.The results showed that Ap/p of Ta/NiCos bilayers could be improved at a certain thickness or higher deposition rate.The coercivity of Ta/NisCos films increased with the use of Ta seed layer.But the effect of the deposition rate on the coercivity of Ta/NisCo,s films was not signifi- cant. KEY WORDS Ta seed layer;deposition rate;anisotropic magnetoresistance;coercivity;(111)texture

张辉 等 种 子 层 厚 度 及 溅射 速 率对 八坛 ，， 双 层 膜 各 向异性磁 电 阻 和 矫 顽 力 的 影 响 一 参 考 文 献 川 ， 即 ， ’ 从 。 氛 ，， ‘ 介 ， ， 凡 丫 ， 。 ， ， ， ， ， 即 正 介 ， ， 脚 ， ， ， ， 叮 ， 城 ， 罗 ， ， · ， ， ， 工 伽 ， ， ， ， 工 【 一 」 叩 ， ， ， ， 盯 即 认 ， ， ， 、 恤 一 盯 ， ， 。 乙从理刃 关八才 ， 乙 ， 毛加叼 五而 ，， 乙了 ，几 心 ， 叱 ， ， ， 卜 ， ， ， 如 。 如 ， 加 如 初