论文部分内容阅读
随着微电子技术的发展,目前计算机芯片晶体管单元大小已达到亚微米的层次,为了进一步提升信息的处理能力以及相应的存储容量,与之相关的器件尺寸势必要减小到纳米级别。但是普通的稀磁材料很难在纳米级别继续保持自旋取向的高度一致以及结构性能绝对稳定,而与半导体相容的半金属铁磁体可以很好的解决这个问题,因此被认为是未来磁电子学器件的理想组件。本论文所研究的Co2MnSi（以下简称CMS）薄膜正是符合上述条件的半金属铁磁体,由于其具有较大的半金属能隙（Eg=0.4 ev）、较高的居里温度（Tc=985 K）以及极高的自旋极化率（理论接近100%）这些优良特性,因此吸引了广大研究学者的关注。同时,由于Si具有较长的自旋寿命以及与半导体工业紧密相连这些特点,可以广泛的应用于各种器件的制备。然而在自旋电子器件中,我们所期望的半金属的优异性能通常在半金属和Si的界面处损失,而这些现象在文献中只有少量的相关报道,有待更多的实验研究。目前,制备CMS薄膜的方法主要包含分子束外延、高温熔炼法、磁控溅射法等等。其中,磁控溅射法由于其操作方便、成本低廉、可重复性高等特点,使之成为最为普遍的一种制备方法。本论文也正是通过这一办法在（001）取向的Si衬底上制备出CMS薄膜,主要采用控制变量法,从缓冲层种类（Ta/Cr）及厚度、薄膜厚度（25/50/75/100 nm）、退火温度（400/500/600/700 oC）这三个维度,分别探讨了它们对CMS薄膜结构性能的影响。研究结果表明:1.缓冲层的加入影响CMS薄膜的微观结构及磁性能,不同的缓冲层材料,其效果也不同,以Ta为缓冲层沉积的薄膜的软磁性能要强于以Cr为缓冲层沉积的薄膜,适宜的缓冲层厚度可以使CMS薄膜获得更优的结构及性能。2.随着薄膜厚度的增加,CMS薄膜的平均晶粒尺寸增大,表面变得致密,结晶程度也变好。同时,薄膜饱和磁化强度（Ms）也相应增加,这是由于薄膜内部B2取向度增多;而矫顽力（Hc）先增大后减少,则是因为晶粒尺寸效应引起;3.退火温度的提升有利于改善CMS薄膜取向生长,但过高的退火温度则会加剧表面层的扩散,导致CMS薄膜磁化强度（Ms）降低,矫顽力（Hc）增大。最后综合得出一个制备CMS薄膜最佳工艺参数,即以5 nm厚的Ta为缓冲层,溅射薄膜厚度为100 nm,在真空中以600 oC退火1 h,此薄膜样品表面致密,具有良好的B2结构取向度,薄膜磁化强度（Ms）为850.84 emu/cc,矫顽力（Hc）为61.32 Oe。