磁隧道結偏壓性質(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，制備出磁場電阻高、結電阻低、重復率好的優(yōu)質(zhì)單勢壘磁隧道結材料。深入研究磁隧道結的偏壓特性，運用全量子力學模型，結合磁振子、聲子的激發(fā)及界面能級結構的變化，對隧道結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，構成所謂的結元件。在鐵磁材料中，由于量子力學交換作用，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。 在磁隧道結中，TMR（隧穿磁電阻）效應的產(chǎn)生機理是自旋相關的隧穿效應。磁隧道結的一般結構為鐵磁層 /非磁絕緣層 /鐵磁層（FM/I/FM）的三明治結構。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，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。

用于制備微米、亞微米和納米磁性隧道結、磁性隧道結陣列、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、化學反應刻蝕、聚焦離子束刻蝕等，其中光刻技術結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。因此研究光刻技術結合離子束刻蝕方法制備磁性隧道結，通過優(yōu)化實驗條件，制備出高質(zhì)量的微米和亞微米磁性隧道結具有很大的實際應用意義。另外，在優(yōu)化制備磁性隧道結的工藝條件時，金屬掩模法仍具有低成本、省時省力、見效快的優(yōu)點。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，既可用于快速優(yōu)化實驗和工藝條件，也可以作為采用復雜工藝和技術制備微米、亞微米或納米磁性隧道結之前的預研制方法。

利用金屬掩模法制備磁性隧道結，既可用于快速優(yōu)化實驗和工藝條件，又可以作為采用復雜工藝和技術制備微米、亞微米或納米磁性隧道結之前的預研制方法。而采用光刻技術中的刻槽和打孔方法及去膠掀離方法制備的磁性隧道結，經(jīng)過適當?shù)耐嘶鹛幚砗罂梢垣@得較高的TMR、較低的RS值以及較小的反轉場和較高的偏置場。這樣的隧道結，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（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，構成所謂的結元件。在鐵磁材料中，由于量子力學交換作用，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效應的產(chǎn)生機理是自旋相關 的隧穿效應。MTJ的一般結構為鐵磁層 /非磁絕緣 層 /鐵磁層(FM/I/FM) 的三明治結構。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，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。