种子层对具有垂直磁各向异性的 [Co/Ni] 多层膜结构与磁性能的影响

具有垂直磁各向异性（PMA）的 [Co/Ni] 多层膜已在各种自旋电子学应用中得到研究和应用。通常研究种子层材料以为 [Co/Ni] 提供所需的面心立方（\textit{fcc}）织构从而获得 PMA。将 [Co/Ni] 集成到后段制程（BEOL）工艺中也要求 PMA 在退火后得以保持。本文研究了 NiCr、Pt、Ru 和 Ta 种子层对 [Co(0.3 nm)/Ni(0.6 nm)] 多层膜在退火前后结构与磁性能的影响。这些多层膜通过物理气相沉积在室温下原位沉积于不同种子层上。沉积态 [Co/Ni] 薄膜在所有种子层上均显示出所需的 \textit{fcc}(111) 织构，但 PMA 仅在 Pt 和 Ru 上观察到。在 NiCr 和 Ta 种子层上获得面内磁各向异性（IMA），这归因于应变诱导的 PMA 损失。退火后直至 400$^{\circ}$C，所有种子层上的 PMA 均得以保持。退火后在 NiCr 种子层上实现了最大的有效垂直各向异性能（$K_U^{\mathrm{eff}}\approx 2\times10^5$J/m$^3$）。退火过程中 PMA 的演化无法用退火期间的进一步结晶或应变诱导的 PMA 来解释，观察到的磁化损失和退火后增加的阻尼也同样不能。在此我们确定从种子层向 [Co/Ni] 扩散的非磁性材料是磁性能变化的主要驱动因素。通过选择种子层和退火后温度，可在较宽范围内调节 [Co/Ni] 的 PMA 和阻尼。