專利名稱：一種具有高磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種具有高磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)(英文名為Magnetic Tunnel Junction，以下簡稱MTJ)及其制備方法。
背景技術(shù)：
在二十一世紀(jì)的今天，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)，而信息的存儲(chǔ)是當(dāng)今信息科學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一。大容量信息長期的存儲(chǔ)主要是通過磁記錄和光記錄技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。磁記錄雖然已有很長的歷史，但仍然是目前信息存儲(chǔ)的主要方式。面對(duì)日新月異的信息時(shí)代，大容量、高速度、高密度和小型化已成為信息存儲(chǔ)發(fā)展的必然趨勢。磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(簡稱MRAM)結(jié)合了巨磁電阻(或隧道磁電阻)和芯片集成技術(shù)，具有高速存取、超高密度和不揮發(fā)等優(yōu)良特性，無論在軍事上還是民用上都有著至關(guān)重要的作用，被認(rèn)為將最終取代目前被廣泛運(yùn)用的磁、光盤技術(shù)[K.Inomata，“Present and future of magnetic RAM technology”，IEICETransaction on Electronics，E84-C，740-746，2001]。目前MRAM的存儲(chǔ)單元實(shí)際上主要是表現(xiàn)出巨磁電阻效應(yīng)的自旋閥或表現(xiàn)出隧道磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。為了提高M(jìn)RAM的存儲(chǔ)密度，如何有效的提高自旋閥或磁性隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)則成為關(guān)鍵。磁性隧道結(jié)通常是由鐵磁層/絕緣層/鐵磁層這種三明治結(jié)構(gòu)組成。本發(fā)明在普通的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)中，運(yùn)用金屬釕層和絕緣層的組合效應(yīng)，大幅度的提高了磁性隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)及其制備方法，通過改變磁性隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)，明顯提高磁性隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)。
本發(fā)明中的磁性隧道結(jié)器件系采用二氧化硅基片，通過等離子體濺射、磁控濺射或者分子束外延生長手段制備而成的一種金屬多層膜結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的隧道結(jié)由底電極層、反鐵磁層、鈷鐵合金、絕緣層、金屬釕層、頂電極層等7層金屬膜組成。具體結(jié)構(gòu)為隧道結(jié)的最底層為1～20納米厚的金屬銅，稱為底電極層。
從底往上第二層為10～20納米厚的反鐵磁的銥錳合金層。
從底往上第三層為鐵磁性的鈷鐵合金，厚度為1～10納米。
從底往上第四層為絕緣層三氧化二鋁，厚度為1～2納米，為耦合層。
從底往上第五層為鐵磁性的鈷鐵合金，厚度為1～10納米。
從底往上第六層為一層金屬釕層，厚度為0.4～1納米。
從底往上第七層為1～20納米的金屬銅，為頂電極層。
該磁性隧道結(jié)中，因?yàn)榻饘籴懪c鈷鐵合金的界面處形成一種釕/鈷合金，該合金強(qiáng)烈散射主自旋電子，使得釕與鈷鐵合金界面處出現(xiàn)強(qiáng)烈的自旋散射，這種散射會(huì)因?yàn)榱硪粋€(gè)絕緣層的存在而大大增強(qiáng)，從而可以大幅度提高隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于巧妙的利用金屬釕層和絕緣層的組合，大幅度地提高隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)驗(yàn)制備出了六種磁性隧道結(jié)器件，具體構(gòu)成如下表表示 本發(fā)明分別用等離子體濺射、磁控濺射和分子束外延生長等三種方法制備出上述十種結(jié)構(gòu)的隧道結(jié)器件共計(jì)十八個(gè)，通過測試，發(fā)現(xiàn)上述所有這些磁性隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)比通常結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)要提高1到2倍。具體實(shí)施的結(jié)果說明了本發(fā)明可以大幅度的提高磁性隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種具有高磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)，其特征在于由底電極層、反鐵磁層、鈷鐵合金、絕緣層、金屬釕層、頂電極層7層金屬膜組成；具體結(jié)構(gòu)為隧道結(jié)的最底層為1～20納米厚的金屬銅，稱為底電極層；從底往上第二層為10～20納米厚的反鐵磁的銥錳合金層；從底往上第三層為鐵磁性的鈷鐵合金，厚度為1～10納米；從底往上第四層為絕緣層三氧化二鋁，厚度為1～2納米，為耦合層；從底往上第五層為鐵磁性的鈷鐵合金，厚度為1～10納米；從底往上第六層為一層金屬釕層，厚度為0.4～1納米；從底往上第七層為1～20納米的金屬銅，為頂電極層。
2.一種制備權(quán)利要求1所述磁性隧道結(jié)的方法，其特征在于采用二氧化硅基片，通過等離子體濺射、磁控濺射或者分子束外延生長手段制備成金屬多層膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)及其制備方法。磁性隧道結(jié)由底電極層、反鐵磁層、鈷鐵合金、絕緣層、金屬釕層、頂電極層組成。本發(fā)明采用二氧化硅基片，通過等離子體濺射或磁控濺射、分子束外延生長手段制備成磁性隧道結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于巧妙的利用金屬釕層和絕緣層的組合，大幅度地提高隧道結(jié)在室溫下的磁電阻效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L43/08GK1632964SQ20041000993
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者姜勇, 于廣華, 王燕斌 申請人:北京科技大學(xué)