MnGA基硬磁薄膜材料

1、电子电子1205 1205 王挺王挺研究背景及意义高密度垂直磁记录的现状L10-MnGa与D022-MnGa晶体结构及其特点MBE技术与磁控溅射合成MnGaMnGa材料的未来研究背景研究背景21世纪是信息的世界，人们掌握信息量的需求越来越高。在信息存储技术中，磁存储仍然是最重要的存储技术之一。为提高磁信息存储量，就必须不断减小用于记录信息的磁存储单元的尺寸。因此垂直磁记录技术便应运而生。与水平技术相比。极大地提高了磁记录密度。目前商用硬盘的磁记录技术基本都采用垂直记录技术，一般可以获得超过200Gbin2记录密度。高密度垂直磁记录的现状高密度垂直磁记录的现状对于垂直磁记录材料而言，高的垂直磁各

2、向异性 Ku与饱和磁化强度Ms是必要的。但过高的Ms随着记录密度的提高会在磁记录单元之间产生串扰。稀土材料是如今商业化垂直磁存储技术的主流。但是过高的成本以及稀土资源的限制。我们迫切的需要开发一种新材料。在过去的几十年中。MnGa合金由于自身优秀的性能而被广泛研究。DOI: 10.1088/1674-1056/22/11/118505 晶相晶相Ku Merg/cc（BH)max MGOePL10-MnGa2628710.0003D022MnGa203.7880.001DOI 10.1007/978-3-642-30247-3_13L10-MnGa与与D022-MnGa晶体结构晶体结构从 Mnx

3、Ga相图以及Ku与Ms图不难看出，同时具有高的垂直磁各向异性 Ku与饱和磁化强度Ms的晶相只有L10相（0.76 x 1.8）及D022相（ 2 x 3.） (a)：L10-MnGa ( P4/mmm) a = 3.883.90 c = 3.643.69 （b）D022-MnGa（I4/mmm） a = 3.903.94 c =7.107.17 MBE法合成法合成L10-MnGa只有在MgO与GaAs衬底上延展出的MnGa才表现出垂直磁各向异性。doi:10.1063/1.3298363目前来说，只有在SrTiO3，Pt， GaAs这三种衬底上能得到光滑平整的高质量的MnGa外延原子层。而Mg

4、O衬底的MnGa原子层在连续性上还存在一定的问题。会出现断层现象。据报道在GaAs衬底的MnGa(0.76 x 2.60) 原子层具有良好的均匀性和优秀的界面。磁控溅射法磁控溅射法DOI: 10.1103/PhysRevB.85.01441630纳米厚的MnxGa1-X均使用磁控溅射在0.1Pa的Ar气氛中沉积在铬作为缓冲的（100）单晶MgO基片上其中x =0.54，0.62，和0.72的Mn-Ga合金和x =0.65和0.75的Mn-Ga薄膜使用共溅射技术制备。X =0.75的Mn-Ga薄膜在400的基板温度沉积。因为Mn3Ga膜在Cr缓冲的后续退火过程是不可能得到。其它组分的薄膜在室温下

5、沉积并在400500C下退火。之后冷却至室温，所有的膜上铺钽层防止氧化。同时更为重要的是MnxGa合金的结构以及磁学性质可以由以下几种有效的方法来进行控制：生长温度；成分组成；退火温度；不同的缓冲层。DOI: 10.1103/PhysRevB.85.014416从图中不难看出随着生长温度的变化，剩余磁化强度与饱和磁化强度之比几乎不变，同时饱和磁化强度单调增长以及矫顽力随之减少。垂直磁各向异性均随着发生改变。在250是Ku达到最大值 21.7 Merg/cc。单元作成5nm大小，则磁存储密度可以达到27 Tb/inch2 同时可以保证60年的寿命。将D019相MnGa在350-400下退火一到2

6、周即可获得D022相MnGa。同时D019相MnGa的反铁磁性消失，表现出铁磁性。对于L10相可以在800K下保持稳定，而D022相在770K时转变为具有反铁磁性的D019相。对于Mn0.76Ga自身在450稳定，而界面至少在350下稳定。这足以我们将它与金属氧化物半导体晶体管的集成。DOI: 10.1063/1.3108085在少于5nm时出现了明显的氧化层，一般我们会加上一层Al的保护层。从图中能发现Al的保护作用明显。10.1103/PhysRevB.83.020405MnGa材料的未来材料的未来 在确保热稳定性之后，应用于垂直磁化磁性隧道结MTJ和巨磁电阻（GMR）设备。同时由于MnGa材料的高Ku，高的居里温度，大的矫顽力，适中的Ms，低的磁阻尼常数。也可以开发出高性能的MR传感器， MTJ: Mn1.63Ga/MgO/CoFeB 三层薄膜 同时在Mn1.63Ga与MgO之间加入Co (1.5 nm)/Mg (0.4 nm)。TMR比率室温下为40。 GMR:(112)向Mn2.32.4Ga/Cu/CoFe 阻值变化为3.88 LED； 电自旋注入Mn1.38Ga的GaAs成的