Amorphe weichmagnetische CoFeNiSiB-Detektionsschichten in Spinventilen

Abstract

Auf Co basierende amorphe magnetische Filme sind eine attraktive Alternative für Ni81Fe19 als Detektionsschicht in magnetoresistiven Spinventilen, da sie sehr weichmagnetisch sind, eine genügend hohe Sättigungsmagnetisierung besitzen und für bestimmte Zusammensetzungen nicht magnetostriktiv sind Ein derartiges Spinventil besteht aus zwei magnetischen Lagen, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage voneinander getrennt sind. Wird durch ein äusseres Magnetfeld die Orientierung der Magnetisierungen zueinander verändert, so beeinflusst dies den elektrischen Widerstand durch die spinabhängige Streuung der Elektronen, falls die Zwischenschicht metallisch ist, oder durch die unterschiedlichen spinabhängigen Tunnelbeiträge der Elektronen, falls die Zwischenschicht isolierend ist. Für eine hohe Empfindlichkeit bei kleinem Magnetfeld ist eine weichmagnetische Detektionsschicht mit hoher Sättigungsmagnetisierung erwünscht.In dieser Arbeit wurden amorphe Co64Fe5Ni5Si13B13-Filme auf thermisch oxidierten Si-Substraten magnetron-gesputtert. Die Schichten zeigen eine kleine Koerzitivfeldstärke von circa 1-3 Oe und eine Anisotropie in der Schichtebene. Diese wird durch einen oblique-incidence-Effect während des Herstellungsprozesses verursacht. Eine Ta-Keimschicht reduziert die Anisotropie und die Koerzitivfeldstärke in der leichten Achse, bewirkt aber gleichzeitig eine dickere magnetische Totlage im Vergleich zu den Proben mit SiO2/CoFeNiSiB oder Cu/CoFeNiSiB Grenzflächen. Nach thermischem Anlassen verlieren die Schichten mit Cu/CoFeNiSiB-Grenzfläche allmählich ihre weichmagnetischen Eigenschaften, während diese für die Schichten mit SiO2/CoFeNiSiB oder Cu/CoFeNiSiB Grenzflächen stabil bleiben bis zu 400°C .Tunnelmagnetowiderstands (TMR)-Elemente mit einer amorphen CoFeNiSiB-Detektionsschicht zeigen einen TMR-Effekt von 12% (15%) im wie-hergestellten (ausgelagerten) Zustand, wobei das Schaltfeld der amorphen Lage 12 Oe beträgt. Die Erhöhung im Vergleich zur Koerzitivfeldstärke der Einzellage ist durch die Sreufelder der hartmagnetischen Lage bedingt.Das magnetoresistive Spinventil CoFeNiSiB/Cu/CoCoOx wurde bezüglich der magnetischen Kopplung zwischen der hart- und weichmagnetischen Schicht untersucht. Hierbei wird aus der mittels STM bestimmten Oberflächentopologie der Anteil der magnetischen Kopplung durch korrelierte Grenzflächenrauhigkeit abgeschätzt und mit der beobachteten Kopplungsstärke verglichen.