軟磁薄膜材料高頻響應(yīng)的微磁學(xué)研究.pdf

1、本文首先追溯了磁記錄技術(shù)和微磁學(xué)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，接著調(diào)研了軟磁薄膜磁頭材料的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，介紹了微磁學(xué)模擬出現(xiàn)的客觀需要及其重要地位。對(duì)微磁學(xué)的基本理論及基本模型給出了一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)和已有成果對(duì)FeCo和FeAlN薄膜的磁導(dǎo)率的高頻響應(yīng)進(jìn)行了微磁學(xué)模擬。 由于可用于超高密度磁記錄寫磁頭和TMR與GMR的主要組成部分的良好前景，高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度FeCo和FeAlN薄膜材料吸引了越來越多的注意。為了給

2、寫磁頭的設(shè)計(jì)及材料性能的選取提供一些理論參考，我們對(duì)不同材料和同種材料在不同條件下的高頻響應(yīng)分別進(jìn)行了微磁學(xué)模擬。 我們?cè)谠敿?xì)分析軟磁薄膜各向異性場(chǎng)形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用隨機(jī)各向異性模型，選取交換長(zhǎng)度尺度上的團(tuán)簇來代替納米晶粒作為微磁學(xué)研究的基本單元。模型中仔細(xì)考慮了薄膜內(nèi)的靜磁相互作用。 我們首先對(duì)FeCo和FeAlN薄膜靜態(tài)磁特性作了微磁學(xué)研究，在模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好符合的基礎(chǔ)上，對(duì)FeCo和FeAlN薄膜在宏觀尺

3、度下的高頻響應(yīng)進(jìn)行了比較研究，在高頻響應(yīng)的微磁學(xué)模擬工作中，我們選取了非常寬的頻率范圍，模擬結(jié)果證實(shí)了初始磁導(dǎo)率與各向異性場(chǎng)成反比的性質(zhì)。 由于應(yīng)用于微磁器件(如單極寫磁頭極尖，MRAM單元自由層)的薄膜材料尺寸非常小，所以我們對(duì)薄膜材料在介觀下的高頻響應(yīng)進(jìn)行了微磁學(xué)模擬研究。對(duì)上述兩種薄膜材料的微磁學(xué)研究表明： 1.模擬得到的兩種薄膜的宏觀靜態(tài)磁特性與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的比較好。在此基礎(chǔ)上模擬了FeAlN，F(xiàn)e65Co35和

4、Fe75Co25薄膜的高頻響應(yīng)特性，并與理論上的公式計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。 2.在研究介觀下的材料性質(zhì)時(shí)，選取了三種不同的單元形式來進(jìn)行比較分析，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)寬比(AspectRatio)分別為1，2，4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在比值為1時(shí)結(jié)果最好。 3.在研究介觀下的材料性質(zhì)時(shí)，選取了“渦漩”模式和“梯形”模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“梯形”磁疇的初始磁導(dǎo)率要高于“渦漩”磁疇。而且相比之下，“梯形”磁疇的高頻響應(yīng)曲線要平滑的多，這就表明“