Abstract
Top spin valve films with PtMn antiferromagnetic layers were deposited using a multi-target dc magnetron sputtering in (100)Si substrates overcoated with 500 $\AA$ of Al$_2$O$_3$. Firstly, the post-deposition annealing was performed at 270$\^{C}$ in a unidirectional magnetic field of 3 kOe to induce the crystallographic transformation of the PtMn layer from a fcc (111) to a fct (111) structure. Secondly, the spin valve films were annealed without magnetic fields and magnetic properties were measured. In Si/A1$_2$O$_3$ (500$\AA$)/Ta(50$\AA$)NiFe(40$\AA$)/CoFe(17$\AA$)/Cu(28$\AA$)/CoFe (30$\AA$)PtMn(200$\AA$)Ta(50$\AA$) top spin valve samples, the MR ratio decreased slowly with increasing annealing temperature up to 325$\^{C}$. But above 325$\^{C}$, the MR ratio decreased rapidly to 1%, due to a collapse of the exchange coupling between a antiferromagnetic layer and a pinned layer with increasing annealing temperature. Also above 325$\^{C}$, the exchange biased field rapidly decreased and the interlayer coupling field rapidly increased with increasing annealing temperature. A change in the interlayer coupling field was resulted from the increase in interface roughness due to Mn-interdiffusion through the grain boundaries. We confirmed the temperature in changing magnetic properties agreed well with the blocking temperature of PtMn based spin valve structure.
DC 마그네트론 방식으로 제조한 PtMn계 상부층형(top) 스핀밸브 박막을 반강자성층인 PtM의 fcc (111) 구조에서 fat (111)구조 천이를 위하여 27$0^{\circ}C$에서 3 kOe의 외부자장을 가해주면서 일차적인 열처리를 한 후, 이차적으로 무자장 열처리를 하여 상온에서 자기적 특성을 조사하였다. Si/A1$_2$O$_3$ (500$\AA$)/Ta(50$\AA$)NiFe(40$\AA$)/CoFe(17$\AA$)/Cu(28$\AA$)/CoFe (30$\AA$)PtMn(200$\AA$)Ta(50$\AA$) top 스핀밸브 시료에서 자기저항비를 조사한 결과 열처리 온도가 높아질수록 자기저항비가 완만히 감소하나 325 $^{\circ}C$ 이상에서 급격히 감소하여 1 %까지 감소하는 것을 확인하였으며, 이것은 열처리 온도가 높아질수록 반강자성층과 피고정층사이의 교환 결합력이 약해지는 것에 기인하는 것으로 판단하였다. 열처리 온도 증가에 따른 교환 바이어스 자장은 325 $^{\circ}C$ 이상에서 급격히 감소하였고, 고정층과 자유층사이의 상호 결합 세기(interlayer coupling field, $H_{int}$)는 $325^{\circ}C$ 이상에서 크게 증가하였는데, 이것은 열처리 온도가 증가함에 다라 Mn의 상호 확산(inter-diffusion)dl 증가하여 계면에서의 거칠기(roughness)가 커지기 때문이라고 생각하였다. 이와 같은 결과에서 PtMn 스핀밸브의 급격한 자기적 특성변화가 일어나는 열처리 온도가 PtMn계 스핀밸브 박막의 블로킹 온도(blocking temperature, $T_b$)와 잘 일치함을 호가인할 수 있었다.
