奈米氧化層巨磁阻自旋閥中正交耦合效應之性質研究

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研究生：	楊姍意 Yang Shan-Yi
論文名稱：	奈米氧化層巨磁阻自旋閥中正交耦合效應之性質研究 Effects of Biquadratic Coupling in the NOL Spin Valves
指導教授：	賴志煌 Lai Chih-Huang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	94
中文關鍵詞：	奈米氧化層、自旋閥、正交耦合、磁記錄
外文關鍵詞：	NOL, spin valve, Biquadratic coupling, magnetic recording
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巨磁阻薄膜因其在記憶儲存設備上的應用，近來已被廣泛的研究。本篇論文主要著重於當引入奈米氧化層於巨磁阻薄膜結構時，因著氧化層之介入，對於磁性膜層間之耦合作用力與自旋傳輸現象之影響。
本研究首先逐層疊製自旋閥之膜層，藉由各結構下磁性質表現來推論巨磁阻自旋閥中各膜層磁矩在正交耦合效應下所扮演之角色，證明此一特殊磁矩正交耦合現象，是由於在氧化層上之top-pinned layer磁矩傾向與交換異向性方向垂直之故。接著我們針對不同氧化層成分來做探討：分別以NiFeOx、FeOx以及Composited NOL (CoFe/Fe…等)作為氧化層成分，依序研究其性質。
我們嘗試改變在政績耦合自旋閥結構中，各磁性膜層（反鐵磁層、bottom-pinned layer、top-pinned layer）的厚度，藉以判斷各層之教教或作用力的關係；並對此此特殊結構作變化角度之磁阻量測，發現磁矩變化趨勢與一般自旋閥成九十度相位差。
並且，利用改變退火溫度以及即時變溫量測磁性質，我們可以藉此觀察正交耦合自旋閥之熱穩定相關特性，並再次確定NiFeOx在此結構中所扮演的重要角色。
對於以FeOx作為氧化層之正交耦合自旋閥，其性質並不完全等同於NiFeOx；尤以磁阻對角度變化關係以及平行退火場方向磁阻量測所得之高低電阻變化情形最為明顯；我們一樣藉由分析實驗，推斷FeOx之所以造成巨磁阻自旋閥結構膜層中磁矩夾角度存在之機制，應該與NiFeOx自旋閥截然不同。

目錄
第一章 簡介
第二章 理論基礎與文獻回顧
第三章 實驗方法及分析儀器
第四章 實驗結果與討論
第五章 結論
第一章  簡介
1   前言……………………………………………………………………………1
2   磁阻元件之演進………………………………………………………………2
3   巨磁阻效應……………………………………………………………………5
4   自旋閥簡介及應用……………………………………………………………7
4.1 自旋閥之簡介…………………………………………………………………7
4.2 自旋閥之應用…………………………………………………………………8
5   奈米氧化層在自旋閥中的應用………………………………………………9
第二章  理論基礎與文獻回顧
1  GMR以及自旋閥系統之演進………………………………………………… 11
2  自旋閥理論基礎………………………………………………………………12
3  奈米氧化層於自旋閥中之發展………………………………………………19
4  奈米氧化層對自旋閥之性質影響……………………………………………20
5  奈米氧化層於自旋閥中之特性………………………………………………22
6  奈米氧化層之材料鑑定………………………………………………………26
7  NOL自旋閥結構中之九十度耦合……………………………………………27



第三章  實驗方法及分析儀器
1  實驗流程………………………………………………………………………31
2  樣品製備方法…………………………………………………………………31
3  分析與量測方法………………………………………………………………35
第四章  實驗結果與討論
1  觀察自旋閥中各層對90度耦合之貢獻…………………………………… 39
2  不同underlayer對90度耦合自旋閥表現之影響…………………………46
2.1  Cu v.s. NiFe underlayer…………………………………………………46
2.2  加偏壓於Py underlayer對性質之影響…………………………………47
3  NiFeOx-NOL之正交耦合自旋閥…………………………………………… 47
3.1  自然氧化法v.s. 電漿氧化法……………………………………………48
3.1.1自然氧化法……………………………………………………………… 48
3.1.2電漿氧化法……………………………………………………………… 49
3.1.3 TEM影像……………………………………………………………………50
3.2  NiFeOx之改變角度量測………………………………………………… 52
3.2.1  改變量測角度……………………………………………………………52
3.2.2  改變退火場方向…………………………………………………………54
3.3  改變各層厚度對正交耦合性質之影響……………………………………55
3.3.1  反鐵磁層…………………………………………………………………55
3.3.2  bottom-pinned CoFe……………………………………………………62
3.3.3  NiFeOx層……………………………………………………………… 64
3.3.4  top-pinned CoFe……………………………………………………… 65
3.4  改變退火溫度對正交耦合之影響…………………………………………67
3.4.1  normal v.s biquadratic自旋閥………………………………………67
3.4.2  退火溫度對90度耦合自旋閥之影響………………………………… 68
3.4.3  退火溫度 v.s 退火時間……………………………………………… 71
3.5  即時變溫量測………………………………………………………………73
4  FeOx-NOL之正交耦合自旋閥……………………………………………… 80
4.1  自然氧化法 v.s 電漿氧化法…………………………………………… 80
4.1.1  自然氧化法………………………………………………………………80
4.1.2  電漿氧化法………………………………………………………………81
4.2  改變量測角度………………………………………………………………82
4.3  改變退火溫度………………………………………………………………83
5  Composited-NOL之正交耦合自旋閥……………………………………… 86
5.1  自然氧化法v.s 電漿氧化法…………………………………………… 86
5.1.1 自然氧化法……………………………………………………………… 86
5.1.2 電漿氧化法……………………………………………………………… 86
第五章  結論………………………………………………92
參考資料

                                

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22. Hideaki Fukuzawa, J. Appl. Phys. 91, p6684 (2002)
23. S. Maat and B.A. Gurney, (2003)

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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