磁隧道结偏压性质及反常隧道磁电阻的研究

继续摸索中间绝缘层的生长工艺，并利用各种微电子加工技术，制备出磁场电阻高、结电阻低、重复率好的优质单势垒磁隧道结材料。深入研究磁隧道结的偏压特性，运用全量子力学模型，结合磁振子、声子的激发及界面能级结构的变化，对隧道结磁电阻随偏压变化的现象作出理论诠释。制备双势垒磁隧道结或选择自旋极化率符号相反的铁磁电极材料，研究反常隧道磁电阻现象及其随外加偏压的变化。 2100433B

磁隧道结是指在两块铁磁薄片之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成所谓的结元件。在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米（Fermi）面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。 在磁隧道结中，TMR（隧穿磁电阻）效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应。磁隧道结的一般结构为铁磁层 /非磁绝缘层 /铁磁层（FM/I/FM）的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁 化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。

用于制备微米、亚微米和纳米磁性隧道结、磁性隧道结阵列、TMR磁读出头和MRAM方法有光刻和电子束曝光以及离子束刻蚀、化学反应刻蚀、聚焦离子束刻蚀等，其中光刻技术结合离子束刻蚀是微加工工艺中具有较低成本、可大规模生产的首选工艺。因此研究光刻技术结合离子束刻蚀方法制备磁性隧道结，通过优化实验条件，制备出高质量的微米和亚微米磁性隧道结具有很大的实际应用意义。另外，在优化制备磁性隧道结的工艺条件时，金属掩模法仍具有低成本、省时省力、见效快的优点。一般情况下，利用狭缝宽度为60-100μm的金属掩模法从制备磁性隧道结样品到完成TMR测试，只须3-6h因此金属掩模法制备磁性隧道结，既可用于快速优化实验和工艺条件，也可以作为采用复杂工艺和技术制备微米、亚微米或纳米磁性隧道结之前的预研制方法。

利用金属掩模法制备磁性隧道结，既可用于快速优化实验和工艺条件，又可以作为采用复杂工艺和技术制备微米、亚微米或纳米磁性隧道结之前的预研制方法。而采用光刻技术中的刻槽和打孔方法及去胶掀离方法制备的磁性隧道结，经过适当的退火处理后可以获得较高的TMR、较低的RS值以及较小的反转场和较高的偏置场。这样的隧道结，可以用于制备MRAM的存储单元或其他磁敏传感器的探测单元。

磁隧道结（MTJ）是指在两块铁磁薄片之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成所谓的结元件。在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金 属的 3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。 在 MTJ中，TMR效应的产生机理是自旋相关 的隧穿效应。MTJ的一般结构为铁磁层 /非磁绝缘 层 /铁磁层(FM/I/FM) 的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁 化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反 平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。