纳米结构Co_ZnO颗粒膜的结构、磁性和磁电阻效应

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1、分类号：密级：无UDC：单位代码：10118山西师范大学研究生硕士学位论文纳米结构Co/ZnO颗粒膜的结构、磁性和磁电阻效应高燕论文指导教师李小丽副教授山西师范大学申请学位级别理学硕士专业名称化学论文提交日期2014年4月2日论文答辩日期2014年5月12日学位授予单位山西师范大学学位授予日期2014年6月4日答辩委员会主席许小红教授评阅人2014年月独创声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，学位论文的知识产权属于山西师范大学。除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包

2、含为获得山西师范大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。本声明的法律后果将完全由本人承担。作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解山西师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山西师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行网络出版，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：签字日期：导师签字：签字日期：中文摘要论文题目：纳米结构Co/ZnO颗粒膜的结构、磁性和磁电阻效应专

3、业：化学硕士生：高燕签名：指导教师：李小丽签名：摘要自从在Fe/Cr金属多层膜中发现巨磁电阻效应以后，人们相继在磁性金属/非磁性材料的多层膜，颗粒膜和磁性隧道结中都发现了磁电阻效应，并且在磁传感器、计算机读头以及磁随机存储器等自旋器件中得以广泛应用。但是金属/绝缘体薄膜中存在一些缺点，如I-V特征曲线过宽、电阻过高和针孔效应的存在，这些不利因素的存在会给材料的应用带来困难。而半导体材料具有较低的势垒高度，能够显著的降低材料的电阻率，通过增加半导体的厚度，可以有效地避免针孔效应。尽管已经有一些研究组报道了磁性金属/半导体薄膜的室温磁电阻效应，但是对如何进一

4、步提高磁电阻值以及对磁电阻的产生机制并没有一致的解释。本文采用磁控溅射超薄Co和ZnO层的方法制备了三个系列Co-ZnO基颗粒膜（GF），研究了具有不同基片温度的GF样品、三明治结构的GF(400℃)/ZnO/GF(RT)GF(RT)样品和ZnO中掺杂Al的三明治结构样品的结构、磁性、磁电阻效应，以及层间耦合作用。主要研究内容如下：(1)在不同基片温度（100℃、200℃、300℃和400℃）下沉积了GF膜，随着基片温度的升高，Co颗粒尺寸增大，薄膜由超顺磁性向铁磁性转变，但是薄膜的室温磁电阻值随着沉积温度的升高迅速减小，通过比较四个不同温度下沉积的薄膜

5、的磁性和磁电阻值，发现低温下沉积的薄膜中磁性颗粒较小，有利于室温磁电阻值的产生，而高温下沉积的薄膜中磁性颗粒较大，有利于改善薄膜的磁性。(2)为了获得兼具大的磁电阻效应和优异磁性的材料，我们设计了同时具有“热”、“冷”GF层的三明治结构薄膜，即GF(400℃)/ZnO(xnm)(RT)/GF(RT)（x=0，20，40nm）样品，由于顶、底GF层基片温度一“冷”一“热”，导致一个体系中存在两种尺寸不同的Co颗粒；三明治结构GF(400℃)/ZnO/GF(RT)样品的电阻可以看作是顶、底“热”“冷”GF层和ZnO中间层三者电阻并联的结果，其磁电阻值相比室温

6、沉积的GFI山西师范大学学位论文薄膜迅速减小，该值更接近“热”GF层，这源于“热”GF层低的电阻值导致整个样品的电流大多流经底层“热”的GF层，而且由于顶、底GF层之间存在着较强的耦合作用，导致样品矫顽力减小。随着ZnO中间层厚度的增加，顶、底GF层间耦合作用逐渐减弱，样品的磁电阻值和磁性都得到了一定的改善。（3）在ZnO中掺入Al，制备了GF(400℃)/ZnO/[Co/ZnAlO]10样品，我们发现Al的掺杂能有效调制顶层“冷”[Co/ZnAlO]10层的电阻，使其与底层“热”GF层电阻相当，进而明显改善样品的磁电阻值。总之，我们设计和优化了兼具“热

7、”、“冷”GF层的三明治结构薄膜，在室温下获得了较大的矫顽力和可观的磁电阻值，从而使薄膜兼具优异的磁学和磁电阻性质。该研究将为其在自旋电子学器件的应用奠定很好的基础。【关键词】：磁控溅射；Co/ZnO颗粒膜；磁电阻效应；矫顽力【论文类型】：基础II英文摘要Title:Structure,magnetismandmagnetoresistance,ofnanostructuredCo-ZnOfilmsMajor:chemistryName：YanGaoSignature：Supervisor：Xiao-LiLiSignature：AbstractSince

8、thediscoveryofgiantmagnetoresistanceeffe