NiFe/Cu多层膜的织构形成机理和继承关系研究

NiFe/Cu多层膜的层间耦合效应和巨磁电阻效应使其成为新一代磁记录材料，它的物理、化学性能与薄膜各层厚度、成分、界面结构、晶体学织构和应力等因素有密切关系。本项目用磁控溅射法制备各种NiFe/Cu多层膜，用X射线衍射和背散射电子衍射等实验方法研究巨磁电阻NiFe/Cu多层膜的晶体学织构、微结构、取向差和显微组织形貌，在织构形成的择尤形核或择尤长大控制机制的框架下研究单层薄膜织构类型、织构随厚度的变化和多层膜中各层膜之间的晶体取向继承性关系。基于极图和取向分布函数的织构定量分析方法，考虑应变能和界面能对薄膜生长织构和再结晶织构的影响，在实验和理论计算基础上明确NiFe/Cu多层膜的织构形成机制和演化规律、各层膜之间的晶体取向继承关系和薄膜织构对磁学性能的影响，建立薄膜材料的织构与性能关系理论基础，完善薄膜织构的研究方法，推动薄膜材料和器件研究和制造的进一步发展。

巨磁电阻薄膜对外磁场的变化具有很高的灵敏度，广泛应用于磁传感器材料、硬盘驱动器读出磁头等领域。其中，薄膜的微观结构、晶体学织构和粗糙度对其磁性能和热稳定性有显著的影响。因此，研究巨磁电阻多层膜的微观结构、晶体学织构和粗糙度具有重要的理论和实际意义。本项目用X射线衍射、电子背散射衍射和原子力显微镜系统地研究了在不同制备条件下的巨磁电阻多层膜的微观结构特征、晶体学织构类型和粗糙度的变化，并用透射电子显微镜和俄歇电子能谱分析了多层膜的界面结构和热稳定性。同时用Monte Carlo方法模拟了薄膜的生长过程，理论计算了巨磁电阻多层膜的晶体学织构形成机理，薄膜厚度对微观结构的影响。实验和理论研究结果表明，薄膜的制备参数、厚度和退火温度对巨磁电阻多层膜的微观结构有很大的影响，通过加入缓冲层介质可以改变薄膜的织构类型和表/界面粗糙度，并提高薄膜的热稳定性和磁性能。本项目的研究结果在一定程度上揭示了巨磁电阻多层膜在制备和退火过程中薄膜的微观结构、晶体学织构和粗糙度的形成和演化规律，以及缓冲层的加入对薄膜中层间匹配关系和织构继承关系的影响，为控制巨磁电阻多层膜的晶体学织构、层间匹配关系和表/界面粗糙度提高巨磁电阻的磁性能提供了理论依据。