【摘 要】
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现代电子器件向着小型化与高频化发展,薄膜材料的研究越来越受到人们的关注。在薄膜器件的制备与使用过程中会对器件传输热量,从而造成薄膜间的扩散,尤其是多晶薄膜,由于其具有晶界这一快速扩散通道,因而可以在更低的温度下发生扩散。薄膜之间的扩散会对薄膜器件的性能造成一系列的影响,如造成肖特基势垒的不稳定性、形成金属硅化物等。另一方面,可以利用薄膜扩散制备金属薄膜与基底的粘结层,使粘附性差的薄膜与基底更好地结
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现代电子器件向着小型化与高频化发展,薄膜材料的研究越来越受到人们的关注。在薄膜器件的制备与使用过程中会对器件传输热量,从而造成薄膜间的扩散,尤其是多晶薄膜,由于其具有晶界这一快速扩散通道,因而可以在更低的温度下发生扩散。薄膜之间的扩散会对薄膜器件的性能造成一系列的影响,如造成肖特基势垒的不稳定性、形成金属硅化物等。另一方面,可以利用薄膜扩散制备金属薄膜与基底的粘结层,使粘附性差的薄膜与基底更好地结合。因此研究薄膜间的扩散行为很有必要。此外,为了提高元件的灵敏度,调控薄膜的磁性能也很有必要。强磁场可以对物质产生洛伦兹力、磁化力和磁自由能等作用效果,施加强磁场退火会对膜间扩散与磁性能产生一定影响,因此本研究引入了强磁场热处理方式来研究薄膜间扩散行为与磁性能。Co/Cu多层膜由于具有巨磁电阻效应被广泛地应用于硬盘磁头,读取速度快,存储面密度高。除此之外,Co与Cu的晶格错配度低,且Co会发生相结构转变,因此两者之间的扩散行为比较特殊。由于Co与Cu在Si基底中扩散的快慢会影响Co与Cu之间的扩散,因此选择不同的元素优先蒸镀在Si基底,并且不同数量的扩散界面具有不同的扩散行为。因此本文利用真空蒸镀的方法制备了Si(基底)/Cu/Co双层膜扩散偶、Si(基底)/Co/Cu双层膜扩散偶以及Si(基底)/Co/Cu/Co三层膜扩散偶,并在300℃、400℃与500℃的温度下分别施加0T与11.5T强磁场进行退火处理。分别利用XRD分析薄膜相组成,利用原子力显微镜(AFM)分析薄膜表面形貌与面粗糙度,利用TEM线扫及XPS深度剖析分析薄膜成分分布,利用振动样品磁强计(VSM)分析薄膜磁性能。研究得出:(1)在Si(基底)/Cu/Co双层膜扩散体系中,强磁场促进了 Cu往硅基底中的扩散,从而降低了Cu往Co层中扩散的量,Co富集层原子百分比含量大于未施加磁场的情况,使得薄膜样品中含有更多的磁性相,因此在不同退火温度下施加强磁场后样品的饱和磁化强度均大于不施加磁场条件下的饱和磁化强度。300℃与400℃退火时施加强磁场后增大了表面粗糙度,500℃时施加强磁场后样品中包含fcc相的Co与hcp相的Co,两种Co相混合比单一的Co相矫顽力更高,因此增大了样品矫顽力。(2)在Si(基底)/Co/Cu双层膜扩散体系中,在300℃与500℃退火时施加强磁场促进了Co往硅基底与Cu层中扩散,使样品中磁性相含量减少,因此降低了样品的饱和磁化强度。400℃退火时,有无磁场条件下样品成分分布曲线相似,Co富集层厚度与含量变化不大,因此有无磁场时样品饱和磁化强度基本相同。强磁场促进了Cu原子在Co层中的扩散,增大了矫顽力。(3)在Si(基底)/Co/Cu/Co三层膜扩散体系中,300℃与500℃退火温度下,有无磁场时样品扩散变化不明显,因而饱和磁化强度与矫顽力变化不大。400℃退火时,施加强磁场增大了扩散区宽度,加剧了Co与Cu之间的扩散,降低了样品中磁性相含量,从而降低了样品的饱和磁化强度。400℃退火时施加强磁场降低了样品表面粗糙度,因此降低了矫顽力。
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