CoFeB薄膜制备及其垂直各向异性研究

发布时间：2017-03-18 05:05

  本文关键词：CoFeB薄膜制备及其垂直各向异性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体技术的发展引起了信息技术的高速发展,存储器作为系统的核心部件之一,已经引发了多次技术革命,使存储器件朝着集成度更高、存储密度更大、读写速度更快、功耗更小的方向发展。自旋转移磁矩随机存储器(STT-RAM)因为其高的热稳定性、非易失性、写入功耗低、与CMOS晶体管搭配工作时有低的开关电流,而被人们视为受欢迎的可靠存储器件。如何进一步降低存储器功耗这一问题已经呈现在人们面前,首先考虑的方式就是降低开关电流,降低磁存储垂直结构中的磁性层阻尼系数。此外,如果能够使用电压来控制磁化,那么对磁性存储必然带来革命性的突破。本文根据上述背景,主要研究降低Co20Fe60B20薄膜的吉尔伯特阻尼系数,以及对Co20Fe60B20薄膜与Ti O2薄膜之间的垂直各向异性进行表征。本文的主要工作有:调研了采用不同CoFe B靶材配方将会影响吉尔伯特阻尼系数,实验中采用Co20Fe60B20的靶材配方。研究了薄膜的制备工艺对Co20Fe60B20薄膜金属软磁性能的影响。获得了最佳的Co20Fe60B20磁性薄膜的工艺参数:背底真空压强为8.0 10 Pa,溅射功率为90 W,氩气流量为20 sccm,溅射压强为0.4 Pa,靶材与基片距离为6 cm。同时,研究了Cu、Ta、Ti不同缓冲层对Co20Fe60B20金属软磁性能以及吉尔伯特阻尼系数的影响,并探究了其影响机理。研究表明CoFeB磁性薄膜与氧化层薄膜之间的界面效应将会影响CoFeB薄膜的垂直各向异性,实验中选择了TiO2薄膜。研究了薄膜制备工艺对TiO2薄膜的性能影响。得出了最佳的TiO2薄膜的工艺参数:背底真空压强为8.0 10 Pa,溅射功率为150 W,氩气流量为40 sccm,氧气流量为2 sccm,溅射压强为0.5 Pa。同时,当基片温度为400℃时,会促进金红石结构TiO2薄膜的形成。研究了霍尔条(Hall Bar)的制备方式,设计出硬质掩膜板来制备多层膜样品结构,搭建出利用反常霍尔效应表征Co20Fe60B20与Ti O2之间的垂直各向异性的测试系统,并和振动样品强磁计(VSM)的测试结果进行相应的对比验证。结论是当Co20Fe60B20层厚度达到1.7 nm时,多层膜结构Si/Ta/Co20Fe60B20/TiO2的垂直各向异性最佳。
【关键词】：Co20Fe60B20 TiO_2 吉尔伯特阻尼系数 反常霍尔效应 垂直各向异性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 本论文的研究意义10
• 1.2 CoFeB薄膜的研究现状10-18
• 1.2.1 CoFeB薄膜制备11-17
• 1.2.2 CoFeB薄膜多层膜结构垂直各向异性17-18
• 1.3 CoFeB薄膜的应用前景18-20
• 1.4 本文的主要研究内容20-21
• 第二章 本文涉及主要理论21-30
• 2.1 铁磁共振原理21-26
• 2.2 吉尔伯特阻尼系数理论和计算26-28
• 2.3 反常霍尔效应相关理论28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 CoFeB薄膜的制备与性能表征30-50
• 3.1 薄膜的制备工艺以及表征方法30-33
• 3.1.1 薄膜的制备工艺30-31
• 3.1.2 薄膜的表征设备31-33
• 3.2 CoFeB金属软磁薄膜制备及表征33-46
• 3.2.1 溅射功率对CoFeB薄膜性能的影响33-35
• 3.2.2 溅射气压对CoFeB薄膜性能的影响35-37
• 3.2.3 靶材与基片之间距离对CoFe B薄膜性能的影响37-39
• 3.2.4 最佳工艺条件下的薄膜性能的测试39-41
• 3.2.5 添加缓冲层对薄膜性能的影响41-46
• 3.3 TiO_2薄膜的制备46-48
• 3.3.1 TiO_2薄膜的制备工艺叙述46-47
• 3.3.2 TiO_2薄膜性能的测试47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 基于Ta/CoFeB/TiO_2多层膜结构的制备及其垂直各向异性表征50-67
• 4.1 基于Ta/CoFeB/TiO_2多层膜结构的制备50-53
• 4.1.1 掩模板的选择和设计50-51
• 4.1.2 Hall Bar样品的制备51-53
• 4.2 反常霍尔效应表征垂直各向异性系统的搭建53-64
• 4.2.1 反常霍尔效应表征垂直各向异性系统的硬件设计53-56
• 4.2.2 反常霍尔效应表征垂直各向异性系统的软件设计56-63
• 4.2.2.1 C语言编程56-57
• 4.2.2.2 labview软件编程57-63
• 4.2.3 反常霍尔效应表征垂直各向异性系统展示63-64
• 4.3 利用反常霍尔效应表征多层膜结构的垂直各向异性64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 全文结论与展望67-68
• 5.1 全文结论67
• 5.2 后续工作展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间取得的成果73-74

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