一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法

文档序号:6804862来源:国知局
专利名称:一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性存储技术领域,特别是提供了一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结(英文名为Magnetic Tunnel Junction,以下简称MTJ)及其制备方法。
背景技术
在二十一世纪的今天,信息产业已经成为重要的支柱产业,而信息的存储是当今信息科学的关键技术之一。大容量信息长期的存储主要是通过磁记录和光记录技术来实现。磁记录虽然已有很长的历史,但仍然是目前信息存储的主要方式。面对日新月异的信息时代,大容量、高速度、高密度和小型化已成为信息存储发展的必然趋势。磁随机存储器(简称MRAM)结合了巨磁电阻(或隧道磁电阻)和芯片集成技术,具有高速存取、超高密度和不挥发等优良特性,无论在军事上还是民用上都有着至关重要的作用,被认为将最终取代目前被广泛运用的磁、光盘技术[K.Inomata,“Present and future of magnetic RAM technology”,IEICETransaction on Electronics,E84-C,740-746,2001]。目前MRAM的存储单元实际上主要是表现出巨磁电阻效应的自旋阀或表现出隧道磁电阻效应的磁性隧道结结构。为了提高MRAM的存储密度,如何有效的提高自旋阀或磁性隧道结的磁电阻效应则成为关键。磁性隧道结通常是由铁磁层/绝缘层/铁磁层这种三明治结构组成。本发明在普通的磁性隧道结结构中,运用金属钌层和绝缘层的组合效应,大幅度的提高了磁性隧道结在室温下的磁电阻效应。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法,通过改变磁性隧道结的结构,明显提高磁性隧道结在室温下的磁电阻效应。
本发明中的磁性隧道结器件系采用二氧化硅基片,通过等离子体溅射、磁控溅射或者分子束外延生长手段制备而成的一种金属多层膜结构。
本发明的隧道结由底电极层、反铁磁层、钴铁合金、绝缘层、金属钌层、顶电极层等7层金属膜组成。具体结构为隧道结的最底层为1~20纳米厚的金属铜,称为底电极层。
从底往上第二层为10~20纳米厚的反铁磁的铱锰合金层。
从底往上第三层为铁磁性的钴铁合金,厚度为1~10纳米。
从底往上第四层为绝缘层三氧化二铝,厚度为1~2纳米,为耦合层。
从底往上第五层为铁磁性的钴铁合金,厚度为1~10纳米。
从底往上第六层为一层金属钌层,厚度为0.4~1纳米。
从底往上第七层为1~20纳米的金属铜,为顶电极层。
该磁性隧道结中,因为金属钌与钴铁合金的界面处形成一种钌/钴合金,该合金强烈散射主自旋电子,使得钌与钴铁合金界面处出现强烈的自旋散射,这种散射会因为另一个绝缘层的存在而大大增强,从而可以大幅度提高隧道结的磁电阻效应。
本发明的优点在于巧妙的利用金属钌层和绝缘层的组合,大幅度地提高隧道结在室温下的磁电阻效应。
具体实施例方式
实验制备出了六种磁性隧道结器件,具体构成如下表表示 本发明分别用等离子体溅射、磁控溅射和分子束外延生长等三种方法制备出上述十种结构的隧道结器件共计十八个,通过测试,发现上述所有这些磁性隧道结在室温下的磁电阻效应比通常结构的磁性隧道结要提高1到2倍。具体实施的结果说明了本发明可以大幅度的提高磁性隧道结在室温下的磁电阻效应。
权利要求
1.一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结,其特征在于由底电极层、反铁磁层、钴铁合金、绝缘层、金属钌层、顶电极层7层金属膜组成;具体结构为隧道结的最底层为1~20纳米厚的金属铜,称为底电极层;从底往上第二层为10~20纳米厚的反铁磁的铱锰合金层;从底往上第三层为铁磁性的钴铁合金,厚度为1~10纳米;从底往上第四层为绝缘层三氧化二铝,厚度为1~2纳米,为耦合层;从底往上第五层为铁磁性的钴铁合金,厚度为1~10纳米;从底往上第六层为一层金属钌层,厚度为0.4~1纳米;从底往上第七层为1~20纳米的金属铜,为顶电极层。
2.一种制备权利要求1所述磁性隧道结的方法,其特征在于采用二氧化硅基片,通过等离子体溅射、磁控溅射或者分子束外延生长手段制备成金属多层膜结构。
全文摘要
本发明提供了一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法。磁性隧道结由底电极层、反铁磁层、钴铁合金、绝缘层、金属钌层、顶电极层组成。本发明采用二氧化硅基片,通过等离子体溅射或磁控溅射、分子束外延生长手段制备成磁性隧道结。本发明的优点在于巧妙的利用金属钌层和绝缘层的组合,大幅度地提高隧道结在室温下的磁电阻效应。
文档编号H01L43/08GK1632964SQ20041000993
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者姜勇, 于广华, 王燕斌 申请人:北京科技大学
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