文摘: 用C6 型电子束真空镀膜仪,在不同沉积束流、不同基片温度下制备Ni80 Fe20 薄膜,并对室温沉积的薄膜样品在不同温度下进行真空退火处理，用来研究不同束流对薄膜厚度的影响和不同束流对薄膜各向异性电阻率的影响以及不同退火温度对AMR的影响。 实验结果表明在高真空，电子束蒸发制备的Ni80Fe20在恒定温度下薄膜的厚度是随着束流的增大线性增加的，且在60mA—100mA的区间内束流越大膜的AMR越大。恒温下，沉积速流速率与束流大小是成正比关系的。退火可以有效增加薄膜的各向异性电阻率，平均每提高100℃各向异性电阻率增加12.5%。而在突变退火区，AMR并不是完全随退火温度线形增加的，而是呈现出一定的波动性，目前推测影响薄膜AMR的因素是晶体形状的各向异性、薄膜的内禀力和磁晶各向异性的共同作用结果。

　　关键词: Ni80 Fe20薄膜;电子束蒸发;各向异性电阻率AMR;束流;退火

　　Impact of the Ni80 Fe20 film parameter over aeolotropism resistivity

　　Abstract: The Type C6 instrument, which works under the circumstance of vacuum, has been used to prepare Ni80 Fe20 film under the circumstance of different temperature and different deposit stream , and anneal the film sample deposited under the room temperature. The research has been used to study an impact of diversity deposition stream over film thickness, an impact of diversity deposition stream over film aeolotropism resistivity, and an impact of anneal temperature over AMR. The experiment conclusion is that: with enhancing deposition stream, the thickness of Ni80Fe20 film prepared with the help of electronic beam the linearity increases by, and AMR of deposition thickness get bigger within the area of 60mA to 100mA . Annealing is able to increase the film aeolotropism resistivity, every 100℃ increased, the aeolotropism resistivity averagely increased by 12.5%. AMR does not to follow the anneal temperature linearity to increase by completely , while display the certain fluctuation in abrupt change anneal area, and we guess that affecting film AMR factor is the foreign substance effect , the phase transition effect at present.

　　1 引言: 磁性材料作为功能材料的一部分在新材料领域中占有重要的一席之地.NiFe作为磁性材料的一种，其电阻薄膜在室温下有大的磁电阻效应。其拥有的高各向异性磁电阻比、低的矫顽力和优良的软磁性能，已经成为磁性和电子器件中的一种重要的材料，而传统AMR薄膜做的传感器在市场上仍占主流。目前国际上仍然通过各种途径挖掘AMR薄膜的潜力， 由于NiFe薄膜的磁电阻特性对薄膜的制备方法和制备条件都十分敏感{1~3},在适当的制备工艺条件下才可获得磁电阻率较高的薄膜样品.可以广泛的应用于磁性记录和磁性传感等方面，因此近年来又引起人们对这类磁电阻合金薄膜的兴趣{4~5}。

　　NiFe薄膜厚度是制备条件的重要参量，在不同的设备和实验条件下将产生很大不同。本实验的目的是研究使用电子束蒸发镀膜的条件下沉积束流对薄膜厚度的影响，并进一步研究不同束流下同厚薄膜AMR的差异和不同退火温度下同中薄膜AMR的差异。

　　2 样品制备及测量:

　　用C6 型电子束真空镀膜仪,在不同沉积束流、不同基片温度下制备Ni80 Fe20 薄膜,并对室温沉积的薄膜样品在不同温度下进行真空退火处理. 用热氧化硅基片,样品尺寸为1. 5 cm ×0. 5 cm. 沉积时本底真空度优于5. 0 ×10 - 4 Pa ,枪压为8. 0 kV. 真空退火处理在真空炉中进行,真空度优于3. 0 ×10 - 4 Pa ,退火时间为1 h. 用日本玛珂MXP21BA HF 型X 射线衍射仪分析薄膜结构,用飞利浦XL30S2FEG场发射扫描电镜观察薄膜样品表面形貌,用四探针法在室温下测量薄膜样品的磁电阻.

　　各向异性磁电阻由下式计算：

(1)

　　3 实验结果及讨论:

　　3.1 束流对薄膜厚度的影响

　　选择最常用束流60mA,80mA,100mA测量其在室温下的沉积速率。利用干涉法测量膜厚，结果如图1所示：

　　图1 不同束流大小对应的沉积流速率

由图1定性分析可知沉积速率随束流的增大而增大。电子束流越大，则经加速后，携带总的动能越大，从而靶材能够较快升温，并达到临界温度。束流越大，意味着在单位时间内靶材被轰击的次数越多，蒸发的NiFe原子越多，从而单位时间内在基片上沉积的NiFe原子也越多，即沉积速率越大。由定量计算可知在误差0.4%范围内，沉积速率和电子束流满足线性关系。所以可以推断在恒温下，沉积速率与束流大小是成正比关系的。

　　3.2 不同束流对薄膜各向异性电阻率的影响

　　选择常温束流分别为60mA和80mA的条件下制作膜厚为68nm的两种Ni80 Fe20薄膜，测量其AMR的差异，结果如图2，图3所示：

　　图2 常温束流为60mA测得伏安特性曲线

　　图3 常温束流为80mA测得伏安特性曲线

　　由图2可以看出大束流情况下其AMR要比小束流时大，各向异性更好。

　　3.3 退火温度对AMR的影响

　　3.3.1 讨论

　　由于已知在200—400℃之间薄膜的AMR会出现突变点，所以实验采用0.050A的束流常温镀膜45min, 制得薄片8块，其中4块用于确定细致退火区间。另外4块以每间隔20℃的退火温度区间来研究突变退火温度点对薄膜AMR的细致影响。

　　不同退火温度下的各向异性电阻率1，由图4所示：

　　图4 不同退火温度下的各向异性电阻率1

　　由图4可知退火温度与400℃之间AMR的差值=0.0151-0.0132=0.0019大于退火温度200℃与300℃之间AMR的差值0.0132-0.012068=0.001132。故取300℃和400℃之间作为研究退火温度对AMR影响的温度区间。

　　不同退火温度下的各向异性电阻率2，结果如图5所示：

　　图5 不同退火温度下的各向异性电阻率2

　　在相同的薄膜制备条件下(采用本实验提供的条件)，退火温度分别为300℃、320℃、340℃、360℃、380℃和400℃，随退火温度的增加，其AMR值仍程上升趋势，但线性度不是很好，增加有一定的波动。由图二可知在340℃和360℃之间薄膜的各向异性电阻率变化比较微弱。

　　由于镍铁合金中存在晶界，晶界的存在破坏了晶格的周期排列，增加对导电电子的散射，因而增加了薄膜的电阻R。基片退火使得镍铁合金的晶粒长大,大晶粒使得样品中的晶界减少，因而减少了电子的散射，降低了电阻R，从而提高了AMR值{6~7}。退火温度越高，其晶粒长大越大，单位体积内的晶界也就越少，AMR值也就越高。由于杂质的存在等因素的影响，AMR的值随退火温度的增加并不是完全的成线性增加，而是成一定的波动性增加。

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