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稀土RE-Co/Cu多层膜的制备和巨磁阻性能研究

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第一章 绪 论

§1.1引 言

§1.2巨磁阻现象的发现及理论

§1.3巨磁阻材料的分类

§1.4巨磁阻的应用

§1.5研究内容及意义

第二章 实验原理及方法

§2.1磁控溅射镀膜装置及原理

§2.2衬底材料的选择

§2.3实验设备操作过程

§2.4实验原理

§2.5本章小结

第三章 Co/Cu多层膜的制备及GMR性能研究

§3.1 Cu层厚度对薄膜GMR效应的影响

§3.2 Co层厚度对薄膜GMR效应的影响

§3.3退火温度对薄膜GMR效应和结构的影响

§3.4周期数对薄膜GMR效应的影响

§3.5测量温度对薄膜GMR效应的影响

§3.6磁性能分析

§3.7本章小结

第四章 (轻稀土Pr-Co)/Cu薄膜的制备及GMR性能研究

§4.1制备工艺的选择

§4.2 Pr对Co/Cu薄膜沉积态结构及GMR性能的影响

§4.3退火温度对(Pr-Co)/Cu薄膜GMR性能的影响

§4.4退火温度对(Pr-Co)/Cu薄膜结构的影响

§4.5 (Pr-Co)/Cu薄膜的磁性能分析

§4.6本章小结

第五章 (重稀土RE-Co)/Cu薄膜的制备及GMR性能研究

§5.1 (Dy-Co/Cu)薄膜结构及GMR性能的研究

§5.2 (Gd-Co/Cu)薄膜结构及GMR性能的研究

§5.3本章小结

第六章 总结和展望

§6.1 结论和创新点

§6.2展 望

参考文献

研究生期间发表的论文

致谢

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摘要

本文采用FJL560B4型超高真空多靶磁控溅射设备分别制备了[Co0.55nm/Cut]30、[(PrxCo100-x)0.55nm/Cu1.2nm]30、[(DyxCo100-x)0.55nm/Cu1.2nm]30、[(GdxCo100-x)0.55nm/Cu1.2nm]30非连续多层膜,利用X射线衍射、传统四探针方法、振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜沉积态及退火态的结构、GMR性能和磁性能,讨论了稀土元素P r、Dy、Gd的掺杂对薄膜结构、GMR性能以及磁性能的影响,主要结果如下:
  X射线衍射表明:在Cr缓冲层上生长的 Co/Cu非连续多层膜具有很强的CoCu(111)峰,在含有稀土Pr的薄膜样品中CoC u(111)峰出现了分裂,当Pr含量为2.0 at.%时CoCu(111)峰完全分裂为两个独立的Co峰和Cu峰,说明稀土Pr能促进Co、Cu的相分离;而在含有稀土Dy、Gd的薄膜样品都出现了CoCu(200)峰,说明稀土元素Dy和Gd都能削弱薄膜沉积过程中的择优取向。退火处理使得CoCu(111)峰变高,峰位变窄,说明退火处理可以提高薄膜的结晶性。
  GMR性能测试表明:由于稀土Pr、Dy、Gd的添加会使层间交换耦合距离增大,削弱了层间交换耦合作用,使得自旋相关的散射降低;另外,大半径的稀土原子镶嵌在Co层里,会使得薄膜界面变的粗糙,同时由于相分离的作用,也会使得界面变得粗糙;稀土Gd的掺杂可以抑制薄膜的晶化,使薄膜内部缺陷增加,使得沉积态薄膜的GMR效应降低。总的来说,含有稀土Pr、Dy、Gd的沉积态薄膜样品GMR值随着稀土含量的增加呈线性下降的趋势。
  对于无稀土掺杂的薄膜样品,经退火处理后GM R效应出现了先增大后减小的趋势,在350℃时达到最大,而对于稀土Pr、Dy、Gd含量较高的薄膜样品,其最佳退火温度向高温偏移。对于稀土Dy含量为1.7 a t.%的薄膜样品,经450℃退火处理后其低场下的灵敏度大幅提高,在50 mT的外磁场下GMR值为-2.4%。
  磁性能测试表明:具有超薄Co层的非连续多层膜在室温下呈现铁磁性,具有很小的矫顽力。随着轻稀土Pr含量的增加,薄膜的饱和磁化强度逐渐减小,随着退火温度的增加,薄膜矫顽力变化不明显,而饱和磁化强度随着退火温度的增加逐渐增加;随着重稀土Dy、Gd含量的增加,薄膜饱和磁化总体呈下降趋势,随着退火温度的增加,饱和磁化强度逐渐增大,沉积态薄膜均具有较小的矫顽力,经过550℃退火处理后才出现较大的矫顽力,但要小于相同退火温度处理的不含稀土Dy、Gd的薄膜样品。

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