隧道結(jié)巨磁電阻材料

隧道結(jié)巨磁電阻材料，利用自旋極化電子隧穿效應(yīng)而形成的巨磁電阻材料。

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，金屬掩模法仍具有低成本、省時省力、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)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，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，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。電子從一個磁性層隧穿到另一個磁性層的隧穿幾率與兩磁性層的磁化方向有關(guān)。

氧化鎂磁隧道結(jié)是指以氧化鎂為絕緣勢壘層的磁隧道結(jié)。

1995年以非晶三氧化二鋁為絕緣勢壘層，分別以多晶Fe或CoFe作為鐵磁層，室溫下TMR值約為20%。2004年以CoFeB作為鐵磁電極層使得TMR值升至70%，2001年Butle等 通過ab inito理論計(jì)算，預(yù)測在Fe(001)/Mg0(001)/Fe(001)磁隧道結(jié)中通過相干隧穿TMR值可達(dá)1000%以上。2004年，Yuasa等 在分子束外延制每的Fe(001)/Mg0(001)/Fe(001)磁隧道結(jié)中得到了88%的TMR值。隨后，Djayaprawira等 用磁控濺射法制備出CoFeB/Mg0/CoFeB磁隧道結(jié)，其TMR值大于200%，2007年Lee等 在磁控濺射CoFeB/Mg0/CoFeB的磁隧道結(jié)中得到高達(dá)500寫的室溫TMR值，5K時TMR值可達(dá)1010%，氧化鎂磁隧道結(jié)因其巨大的磁電阻效應(yīng)引起了人們越來越多的關(guān)注，對氧化鎂磁隧道結(jié)磁電阻效應(yīng)的研究無論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都具有重大意義。