1857年英國(guó)物理學(xué)家William Thomson[1]發(fā)現(xiàn)磁電阻效應(yīng)，但因其變化率不足千分之三而未能引起足夠的重視 1988年P(guān)eter Grunberg[2]和Albert Fert[3]各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)(GMR效應(yīng))，F(xiàn)e/Cr/Fe三層膜和Fe/Cr多層膜系統(tǒng)的室溫磁電阻變化率達(dá)到1.5%，在4.2K的低溫下甚至達(dá)到50% 后來在顆粒膜[4,5]中也發(fā)現(xiàn)了GMR效應(yīng)，類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[6]的稀土錳氧化物薄膜的室溫磁電阻變化率高達(dá)60%(龐磁電阻效應(yīng)，CMR效應(yīng))，還發(fā)現(xiàn)了隧道磁電阻效應(yīng)(TMR) [7,8,9,10,11,12] GMR效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為現(xiàn)代電子行業(yè)開發(fā)和利用基于巨磁阻效應(yīng)的磁傳感器、磁頭、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器等各類先進(jìn)的商業(yè)電子產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ) 基于巨磁阻效應(yīng)，Dieny等在1991年提出了具有廣闊應(yīng)用前景的自旋閥結(jié)構(gòu)(SV)[13] 自旋閥的核心結(jié)構(gòu)是由雙層鐵磁層中間夾一層非磁性金屬層構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)多層膜 任天令和劉理天等在實(shí)驗(yàn)室條件下制備出線性度和靈敏度都較高的SV磁場(chǎng)傳感器[14,15,16]原型器件 本文研究自旋閥多層膜的研制和磁學(xué)、電學(xué)特性，并系統(tǒng)闡述多層膜中磁化翻轉(zhuǎn)場(chǎng)的調(diào)控機(jī)制與磁電阻特性之間的內(nèi)在聯(lián)系 1 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)用自旋閥多層膜結(jié)構(gòu)包括Ta/CoFe/Fe/Au/Fe/IrMn/Ta和Ta/CoFe1/Au/CoFe2/IrMn/Ta 使用2英寸表面熱氧化的SiO2/Si襯底，氧化層的厚度約為500 nm 濺射沉積前先充分清洗襯底，然后用氮?dú)鈽尨蹈珊筠D(zhuǎn)移到濺射腔中備用 實(shí)驗(yàn)中使用的靶材有CoFe (99.95%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、Fe (99.99%)、IrMn (99.95%)、Ta (99.95%)和Au (99.99%)；工作氣體為高純氬氣(99.999%)，氣流量為20 sccm，濺射壓強(qiáng)約為0.5 Pa，靶基距為10 cm 濺射前先將本底抽真空到1×10-5 Pa以下，然后接通工作氣體 在濺射過程中通過改變每一種材料的濺射時(shí)間來控制各層薄膜的厚度，從而調(diào)控自旋閥多層膜的性能 典型的自旋閥多層膜樣品的制備參數(shù)，列于表1 為了引入?yún)⒖紙?chǎng)，將樣品放入真空磁性退火爐中進(jìn)行加磁場(chǎng)退火，退火溫度約280℃，保溫時(shí)間約30 min，自然冷卻 Table 1 表1 表1典型樣品的濺射工藝參數(shù) Table 1