反铁磁ferh薄膜生长与电调控

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1、清华大学反铁磁FeRh薄膜生长与电调控(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：姜淼指导教师:宋成副教授二○一七年五月GrowthandElectricalControlofAntiferromagneticFeRhFilmThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceandEngineeringbyJiangMiaoThes

2、isSupervisor:AssociateProfessorSongChengMay,2017摘要摘要反铁磁FeRh凭借自身的反铁磁—铁磁相转变特性在热辅助磁存储技术中具有重要应用潜能，有助于促进信息存储密度的进一步提高。同时，反铁磁材料通常具有较小的形状各向异性及阻尼因子，有望通过电控反铁磁的手段在提高存储密度的同时降低能量损耗，具有广泛研究价值。然而，FeRh性能的影响因素较多，且制备工艺十分敏感，因此，对其生长过程及基本性能的系统性研究，对于全面认识FeRh，实现对其性能的电调控，从而推动FeRh在高密度、低功耗反铁磁自旋电子学器件中的应用

3、具有重要意义。本文采用磁控溅射技术制备FeRh薄膜，结合一系列材料结构、性能表征手段，系统研究了薄膜成分以及退火过程对FeRh反铁磁—铁磁相转变性能的影响，优化了FeRh薄膜制备工艺，成功制备出具有明显相转变的5nmFeRh薄膜，并采用光学曝光的方式设计制备了离子液体栅极器件，实现了电场对FeRh相转变温度的可逆调控，为基于FeRh的低功耗、非易失性磁存储器件奠定了材料基础。主要研究成果如下：通过适当降低氩气气压、合理掺杂钯元素，可有效增加FeRh薄膜中的Fe原子成分比，从而促进FeRh相转变温度的降低，实现了薄膜成分对FeRh性能的有效调控，加深

4、了对FeRh的进一步了解。与此同时，氩气气压的增加以及退火过程中退火时间的合理控制有助于改善薄膜质量，优化了超薄FeRh薄膜的制备工艺参数，促进了FeRh电调控工作的展开。实验结合离子液体和氧化物门电极，利用离子液体门电压诱导产生的双电层对FeRh薄膜施加强电场，引发了FeRh与氧化物界面的氧化还原过程，从而通过影响FeRh反铁磁态的结构有序性，实现了对其相转变温度的可逆调控，促进了FeRh在低能耗反铁磁自旋电子学器件中的进一步发展。关键词：反铁磁自旋电子学；FeRh薄膜；薄膜生长；电控反铁磁IAbstractAbstractFeRh,asoneo

5、ftheantiferromagneticmaterials,playsacrucialroleinthermallyassistedmagneticrecording(TAR)withitsspecialphasetransitionfromantiferromagnet(AF)toferromagnet(FM).Meanwhile,electricalcontrolofantiferromagnetismisexpectedtoprovideapromisingavenueforthenextgenerationmemorieswithacom

6、binationofhighdensityandlowpowerconsumptionsincethedampingfactorofantiferromagneticmaterialsislow.ThisdissertationinvestigatestheinfluenceoffilmcompositiononthetransitiontemperatureofFeRhfilmssystematicallyandoptimizesthefabricationofFeRhultrathinfilm.Furthermore,thereversible

7、controlofFeRhphasetransitionbyelectricfieldisachieved,whichmightpavethewayfornon-volatilememorieswithlowpowerconsumption.Firstly,weinvestigatetheinfluenceoffilmcomposition,tunedbyargongrowthpressureandpalladiumdoping,onantiferromagnetictoferromagnetictransitiontemperaturesofFe

8、Rhfilms.Lowerargonpressureandasuitablepalladiumdopingarefound