磁隧道結(jié)偏壓性質(zhì)及反常隧道磁電阻的研究

繼續(xù)摸索中間絕緣層的生長工藝，并利用各種微電子加工技術(shù)，制備出磁場電阻高、結(jié)電阻低、重復(fù)率好的優(yōu)質(zhì)單勢壘磁隧道結(jié)材料。深入研究磁隧道結(jié)的偏壓特性，運(yùn)用全量子力學(xué)模型，結(jié)合磁振子、聲子的激發(fā)及界面能級結(jié)構(gòu)的變化，對隧道結(jié)磁電阻隨偏壓變化的現(xiàn)象作出理論詮釋。制備雙勢壘磁隧道結(jié)或選擇自旋極化率符號相反的鐵磁電極材料，研究反常隧道磁電阻現(xiàn)象及其隨外加偏壓的變化。 2100433B

磁隧道結(jié)是指在兩塊鐵磁薄片之間夾一層厚度約為0.1nm的極薄絕緣層，構(gòu)成所謂的結(jié)元件。在鐵磁材料中，由于量子力學(xué)交換作用，鐵磁金屬的3d軌道局域電子能帶發(fā)生劈裂，使費(fèi)米（Fermi）面附近自旋向上和向下的電子具有不同的能態(tài)密度。 在磁隧道結(jié)中，TMR（隧穿磁電阻）效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理是自旋相關(guān)的隧穿效應(yīng)。磁隧道結(jié)的一般結(jié)構(gòu)為鐵磁層 /非磁絕緣層 /鐵磁層（FM/I/FM）的三明治結(jié)構(gòu)。飽和磁化時(shí)，兩鐵磁層的磁化方向互相平行，而通常兩鐵磁層的矯頑力不同，因此反向磁化時(shí)，矯頑力小的鐵磁層磁 化矢量首先翻轉(zhuǎn)，使得兩鐵磁層的磁化方向變成反平行。電子從一個(gè)磁性層隧穿到另一個(gè)磁性層的隧穿幾率與兩磁性層的磁化方向有關(guān)。

用于制備微米、亞微米和納米磁性隧道結(jié)、磁性隧道結(jié)陣列、TMR磁讀出頭和MRAM方法有光刻和電子束曝光以及離子束刻蝕、化學(xué)反應(yīng)刻蝕、聚焦離子束刻蝕等，其中光刻技術(shù)結(jié)合離子束刻蝕是微加工工藝中具有較低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)的首選工藝。因此研究光刻技術(shù)結(jié)合離子束刻蝕方法制備磁性隧道結(jié)，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，制備出高質(zhì)量的微米和亞微米磁性隧道結(jié)具有很大的實(shí)際應(yīng)用意義。另外，在優(yōu)化制備磁性隧道結(jié)的工藝條件時(shí)，金屬掩模法仍具有低成本、省時(shí)省力、見效快的優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，利用狹縫寬度為60-100μm的金屬掩模法從制備磁性隧道結(jié)樣品到完成TMR測試，只須3-6h因此金屬掩模法制備磁性隧道結(jié)，既可用于快速優(yōu)化實(shí)驗(yàn)和工藝條件，也可以作為采用復(fù)雜工藝和技術(shù)制備微米、亞微米或納米磁性隧道結(jié)之前的預(yù)研制方法。

利用金屬掩模法制備磁性隧道結(jié)，既可用于快速優(yōu)化實(shí)驗(yàn)和工藝條件，又可以作為采用復(fù)雜工藝和技術(shù)制備微米、亞微米或納米磁性隧道結(jié)之前的預(yù)研制方法。而采用光刻技術(shù)中的刻槽和打孔方法及去膠掀離方法制備的磁性隧道結(jié)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砗罂梢垣@得較高的TMR、較低的RS值以及較小的反轉(zhuǎn)場和較高的偏置場。這樣的隧道結(jié)，可以用于制備MRAM的存儲單元或其他磁敏傳感器的探測單元。

磁隧道結(jié)（MTJ）是指在兩塊鐵磁薄片之間夾一層厚度約為0.1nm的極薄絕緣層，構(gòu)成所謂的結(jié)元件。在鐵磁材料中，由于量子力學(xué)交換作用，鐵磁金 屬的 3d軌道局域電子能帶發(fā)生劈裂，使費(fèi)米面附近自旋向上和向下的電子具有不同的能態(tài)密度。 在 MTJ中，TMR效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理是自旋相關(guān) 的隧穿效應(yīng)。MTJ的一般結(jié)構(gòu)為鐵磁層 /非磁絕緣 層 /鐵磁層(FM/I/FM) 的三明治結(jié)構(gòu)。飽和磁化時(shí)，兩鐵磁層的磁化方向互相平行，而通常兩鐵磁層的矯頑力不同，因此反向磁化時(shí)，矯頑力小的鐵磁層磁 化矢量首先翻轉(zhuǎn)，使得兩鐵磁層的磁化方向變成反 平行。電子從一個(gè)磁性層隧穿到另一個(gè)磁性層的隧穿幾率與兩磁性層的磁化方向有關(guān)。