納米結構Co-ZnO顆粒膜的結構、磁性和磁電阻效應.pdf

1、自從在Fe/Cr金屬多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應以后,人們相繼在磁性金屬/非磁性材料的多層膜,顆粒膜和磁性隧道結中都發(fā)現(xiàn)了磁電阻效應,并且在磁傳感器、計算機讀頭以及磁隨機存儲器等自旋器件中得以廣泛應用。但是金屬/絕緣體薄膜中存在一些缺點,如I-V特征曲線過寬、電阻過高和針孔效應的存在,這些不利因素的存在會給材料的應用帶來困難。而半導體材料具有較低的勢壘高度,能夠顯著的降低材料的電阻率,通過增加半導體的厚度,可以有效地避免針孔效應。盡管已經(jīng)有

2、一些研究組報道了磁性金屬/半導體薄膜的室溫磁電阻效應,但是對如何進一步提高磁電阻值以及對磁電阻的產(chǎn)生機制并沒有一致的解釋。
　　本文采用磁控濺射超薄 Co和 ZnO層的方法制備了三個系列 Co-ZnO基顆粒膜(GF),研究了具有不同基片溫度的GF樣品、三明治結構的GF(400℃)/ZnO/GF(RT) GF(RT)樣品和ZnO中摻雜Al的三明治結構樣品的結構、磁性、磁電阻效應,以及層間耦合作用。主要研究內容如下:
　　(1)

3、在不同基片溫度(100℃、200℃、300℃和400℃)下沉積了GF膜,隨著基片溫度的升高,Co顆粒尺寸增大,薄膜由超順磁性向鐵磁性轉變,但是薄膜的室溫磁電阻值隨著沉積溫度的升高迅速減小,通過比較四個不同溫度下沉積的薄膜的磁性和磁電阻值,發(fā)現(xiàn)低溫下沉積的薄膜中磁性顆粒較小,有利于室溫磁電阻值的產(chǎn)生,而高溫下沉積的薄膜中磁性顆粒較大,有利于改善薄膜的磁性。
　　(2)為了獲得兼具大的磁電阻效應和優(yōu)異磁性的材料,我們設計了同時具有“熱

4、”、“冷”GF層的三明治結構薄膜,即GF(400℃)/ZnO(xnm)(RT)/GF(RT)(x=0,20,40 nm)樣品,由于頂、底GF層基片溫度一“冷”一“熱”,導致一個體系中存在兩種尺寸不同的 Co顆粒;三明治結構 GF(400℃)/ZnO/GF(RT)樣品的電阻可以看作是頂、底“熱”“冷”GF層和 ZnO中間層三者電阻并聯(lián)的結果,其磁電阻值相比室溫沉積的 GF薄膜迅速減小,該值更接近“熱”GF層,這源于“熱”GF層低的電阻值導

5、致整個樣品的電流大多流經(jīng)底層“熱”的GF層,而且由于頂、底GF層之間存在著較強的耦合作用,導致樣品矯頑力減小。隨著 ZnO中間層厚度的增加,頂、底 GF層間耦合作用逐漸減弱,樣品的磁電阻值和磁性都得到了一定的改善。
　　(3)在 ZnO中摻入 Al,制備了 GF(400℃)/ZnO/[Co/ZnAlO]10樣品,我們發(fā)現(xiàn)Al的摻雜能有效調制頂層“冷”[Co/ZnAlO]10層的電阻,使其與底層“熱”GF層電阻相當,進而明顯改善樣品