镍、钴薄膜的有限尺寸效应研究
发布时间：2021-02-04 16:24
在高度集成化的电子产品中,半导体产品的组件尺寸是产品性能的保证,当前的主流工艺已经达到数个纳米之内。在纳米尺寸材料中,电子之间的相互作用是一个十分普遍的现象。现在存在一个共识,磁性来源于电子之间的相互耦合作用,但是我们很难将现有的磁性理论统一起来。现有的磁学理论受到这样一个事实的影响,即不同类型的磁性材料需要用不同的模型来描述[1]。为了深入了解自旋相互耦合作用的物理图像,我们首先会以Ni薄膜掺Cu的有限尺寸效应[2]研究自旋耦合相互作用[3]范围的变化。结合实验室现有条件,利用已有的理论模型对Ni薄膜中掺Cu的自旋耦合作用范围的变化进行了研究,结果发现合金的自旋耦合范围随着Cu掺杂浓度的升高而变小,最后我们提出了电子的“磁平均自由程”受到Cu掺杂散射而降低所致的理论假设。随着计算机等数码产品的普及,对于计算机处理数据的能力要求越来越高,传统意义上的动态随机存储器（DRAM）已经难以满足社会高速发展的需求,于是基于磁电荷存储数据的非易失性存储器-磁随机存储器（MRAM）被设计出来。在3d过度族金属元素中,Co和Co的合金...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电镀铜工艺原理
安徽大学硕士学位论文9换耦合作用强弱的外在表现[27]。电子间的交换作用越强，想要破坏极化作用就需要更高的热量，外在表现就是具有高居里温度。同样自旋电子的交换作用越弱，则极化能力越弱，同时也就会表现出低居里温度。居里温度是磁性内部自旋极化强弱的外在表现，铁磁性材料随着温度升高磁化强度逐渐降低，而在高于居里点后铁磁性将会转变为顺磁性。在磁性薄膜的厚度逐渐减小的过程中，具有不完整自旋耦合范围的电子比重逐渐增大，其外在表现出居里温度的下降。磁化强度M和温度T的关系遵循居里外斯定律：TTcAM（1-2）其中TC为居里温度，A为一与外部条件无关的常数称为居里常数。磁性材料的尺寸变化（尤其是从二维到三维结构转变过程）可以改变了内部电子自旋相互耦合状态，增大或者减少了自旋电子相互关联的长度，再结合居里温度对耦合强度的反应，居里温度和膜厚的Tc-t曲线在一定程度上可以反应出磁性相从二维到三维转变的特性。图1.2厚度决定的铁磁材料居里温度变化[28]Fig.1.2curietemperaturechangeofferromagneticmaterialdeterminedbythickness[28]1993年，F.Huang等人通过采用MBE和MOKE测试系统成功测量了Co和CoNi合金薄膜从2.5个原子层到16个原子层的居里温度，并且绘制了居里温度随膜厚变化的曲线图（1.2）[28]。从图中发现，居里温度随着薄膜厚度的增大，在前期出现线性变化，后期出现幂函数规律变化，这种随着厚度变化的函数规律变化在一定程度上与磁性相的变化相对应。
第一章绪论101.2.4磁性薄膜的有限尺寸效应模型1972年，Fisher和他的团队连续发表了两篇关于磁性薄膜厚度变化所表现的临界现象理论研究，预测了当磁性薄膜尺寸下降到了一定程度，磁性材料的临界转变温度Tc会出现降低。磁性来源于电子间的自旋相互耦合作用，而电子之间的相互耦合是有范围的，当膜厚尺寸降到了自旋相互耦合范围以内就会引起的独特临界现象，而居里温度Tc点的降低就是其外在表现[29][30]。在之后的实验科学探索中，部分磁性材料如Fe[31]、Co[32]、Ni[33]、Ga[34]等被研究和验证了这种理论。2001年，RenjunZhang和RoyF.Willis在磁性薄膜厚度决定居里温度一文中，首次根据磁性材料的居里温度随厚度变化的尺寸效应提出了“自旋包”的概念模型，在镍和钆的膜厚和Tc关系图中采用理论推导出了N0厚度大小，并提出了相关理论公式[3]。在他们后续的报道中又发现不同材料的自旋相互作用范围N0是不同的，作者解释为sp轨道上的巡游电子和d轨道上的定域电子之间的轨道杂化所致，但其所展示的磁性的长程机制十分引人关注。对于局域电子模型和巡游电子模型，通过对自旋电子间的交换作用范围进行研究可以让我们进一步了解巡游电子的作用。图1.3自旋相互作用的自旋包模型示意图[3]Fig.1.3schematicdiagramofthespinpackagemodelofthespininteraction[3]1.3磁性金属薄膜的层间耦合效应1.3.1RKKY交换作用模型对于3d铁磁性金属的磁性起源，巡游电子模型已经可以很好地进行解释，但是在稀土金属的磁有序状态的解释中遇到了阻碍。稀土金属的外围电子能级有
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射镀膜中工作气压对沉积速率的影响[J]. 王璘,余欧明,杭凌侠,赵保平,王忠厚. 真空. 2004(01)
本文编号：3018599
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电镀铜工艺原理
安徽大学硕士学位论文9换耦合作用强弱的外在表现[27]。电子间的交换作用越强，想要破坏极化作用就需要更高的热量，外在表现就是具有高居里温度。同样自旋电子的交换作用越弱，则极化能力越弱，同时也就会表现出低居里温度。居里温度是磁性内部自旋极化强弱的外在表现，铁磁性材料随着温度升高磁化强度逐渐降低，而在高于居里点后铁磁性将会转变为顺磁性。在磁性薄膜的厚度逐渐减小的过程中，具有不完整自旋耦合范围的电子比重逐渐增大，其外在表现出居里温度的下降。磁化强度M和温度T的关系遵循居里外斯定律：TTcAM（1-2）其中TC为居里温度，A为一与外部条件无关的常数称为居里常数。磁性材料的尺寸变化（尤其是从二维到三维结构转变过程）可以改变了内部电子自旋相互耦合状态，增大或者减少了自旋电子相互关联的长度，再结合居里温度对耦合强度的反应，居里温度和膜厚的Tc-t曲线在一定程度上可以反应出磁性相从二维到三维转变的特性。图1.2厚度决定的铁磁材料居里温度变化[28]Fig.1.2curietemperaturechangeofferromagneticmaterialdeterminedbythickness[28]1993年，F.Huang等人通过采用MBE和MOKE测试系统成功测量了Co和CoNi合金薄膜从2.5个原子层到16个原子层的居里温度，并且绘制了居里温度随膜厚变化的曲线图（1.2）[28]。从图中发现，居里温度随着薄膜厚度的增大，在前期出现线性变化，后期出现幂函数规律变化，这种随着厚度变化的函数规律变化在一定程度上与磁性相的变化相对应。
第一章绪论101.2.4磁性薄膜的有限尺寸效应模型1972年，Fisher和他的团队连续发表了两篇关于磁性薄膜厚度变化所表现的临界现象理论研究，预测了当磁性薄膜尺寸下降到了一定程度，磁性材料的临界转变温度Tc会出现降低。磁性来源于电子间的自旋相互耦合作用，而电子之间的相互耦合是有范围的，当膜厚尺寸降到了自旋相互耦合范围以内就会引起的独特临界现象，而居里温度Tc点的降低就是其外在表现[29][30]。在之后的实验科学探索中，部分磁性材料如Fe[31]、Co[32]、Ni[33]、Ga[34]等被研究和验证了这种理论。2001年，RenjunZhang和RoyF.Willis在磁性薄膜厚度决定居里温度一文中，首次根据磁性材料的居里温度随厚度变化的尺寸效应提出了“自旋包”的概念模型，在镍和钆的膜厚和Tc关系图中采用理论推导出了N0厚度大小，并提出了相关理论公式[3]。在他们后续的报道中又发现不同材料的自旋相互作用范围N0是不同的，作者解释为sp轨道上的巡游电子和d轨道上的定域电子之间的轨道杂化所致，但其所展示的磁性的长程机制十分引人关注。对于局域电子模型和巡游电子模型，通过对自旋电子间的交换作用范围进行研究可以让我们进一步了解巡游电子的作用。图1.3自旋相互作用的自旋包模型示意图[3]Fig.1.3schematicdiagramofthespinpackagemodelofthespininteraction[3]1.3磁性金属薄膜的层间耦合效应1.3.1RKKY交换作用模型对于3d铁磁性金属的磁性起源，巡游电子模型已经可以很好地进行解释，但是在稀土金属的磁有序状态的解释中遇到了阻碍。稀土金属的外围电子能级有
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射镀膜中工作气压对沉积速率的影响[J]. 王璘,余欧明,杭凌侠,赵保平,王忠厚. 真空. 2004(01)
本文编号：3018599
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